專利名稱：一種被動調q微片激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光技術領域，尤其涉及一種被動調Q激光器。
背景技術：
相對于經常需要高電壓、快速響應的電光開關的主動調Q激光器，被動調Q激光器由激光輻射本身來實現Q值變化，因而具有很多優勢，例如設計簡單、結構簡單以及低成本等，因而受到了廣泛的關注。在被動調Q激光器中主要利用可飽和吸收體來產生短脈寬、高峰值功率的激光脈沖輸出。可飽和吸收體的主要特性是其對光的吸收的飽和效應，表現為其對光的吸收隨著入射光強的增加而下降，透過率增加，最終達到飽和或“漂白”。當放置在激光諧振腔內時， 可飽和吸收體就產生可變光損耗改變諧振腔的Q值。當泵浦源開始泵浦激光介質時，可飽和吸收體對激光介質發出的較弱的熒光有強吸收，遠未達到飽和狀態，此時激光介質的反轉粒子數不斷累積；隨著泵浦源的持續作用，激光介質的熒光發射變強，可飽和吸收體加速透明，由于吸收飽和作用，激光強度增加更快，吸收體最終完全飽和，諧振腔的損耗處于最低狀態，而激光介質累積的反轉粒子數大大超過此時的閾值，于是激光器輸出一個尖峰脈沖。由于一般可飽和吸收體的飽和過程都發生在極短的時間內，儲存激光上能級的能量迅速釋放，使得輸出激光脈沖具有極高的峰值功率。最早用于被動調Q的可飽和吸收體主要是各類染料，但是由于染料容易變質和有毒等缺點，使用漸少。上個世紀90年代以來，一系列新型被動調Q可飽和吸收體相繼出現， 基本上取代了染料的地位，并正在努力替代主動調Q技術。目前在被動調Q微片激光器中，最常用的可飽和吸收體是Cr:YAG晶體，通常用于產生1064nm的短脈沖輸出；可以采用Nd: YAG或Nd: YV04作為激光介質，如^iyhowski在美國專利 No. 5，394，413 及文獻“Microchip lasers, Optical Materials, vol. 11，pp 255-267 (1999) ”中所介紹的。CrYAG晶體由于其吸收譜，并不適用于產生1. 1 μ m以上波長的激光被動調Q輸出。1. 5^1. 6 μ m屬于人眼安全光譜，近年來在激光測距，激光雷達與光通信等領域，此波段的脈沖激光器發展十分迅速。近幾年，人們發展了很多鈷摻雜的固體材料，作為可飽和吸收體用于實現1.3 1.6μπι被動調Q脈沖輸出的。相對于以往經常用做1. 5 μ m光譜段可飽和吸收體的鈾摻雜的CaF2晶體等材料，鈷摻雜的晶體材料，如鈷摻雜尖晶石具有更大的基態吸收截面與更小的激發態吸收截面，可以實現具有更短脈寬以及更高峰值功率的激光脈沖輸出。相對于電光調Q與聲光調Q的主動調Q技術，被動調Q的主要缺點在于由于受到激光輻射本身控制其Q值變化，無法實現外觸發精確控制Q開關的打開時間；由于可飽和吸收體飽和時依然有一定的殘余吸收損耗，帶來一定的腔內損耗，被動調Q相對而言無法實現更強的功率輸出與轉換效率。
發明內容[0007]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種被動調Q微片激光器，實現短脈寬、 高峰值功率的激光脈沖輸出，并獲取精確的激光脈沖時間信號。技術方案一種被動調Q微片激光器，其特征在于包括以下部件半導體激光器，作為泵浦光源用于泵浦激光介質；激光介質，置于半導體激光器正面作為半導體激光器泵浦對象，產生受激輻射，所述激光介質采用摻鉺元素的固態介質；可飽和吸收體，置于激光介質之后，部分吸收激光介質發出的受激輻射，用于產生激光脈沖輸出，所述可飽和吸收體采用摻鈷材料的固態介質；耦合光學系統，將所述半導體激光器所產生的激光束整形并耦合到所述激光介質內；激光諧振腔，由兩面反射腔鏡組成，用于形成激光振蕩輸出；濾光片，用于反射激光脈沖輸出的部分能量；光電二極管，用于檢測激光脈沖輸出信號；所述激光介質與可飽和吸收體位于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡內，所述激光介質與可飽和吸收體均加工成微片，并貼合在一起組成整體。所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在激光介質表面，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡包括三層，從內到外分別為在激光介質表面的激光高反射膜、貼合在激光高反射膜外的導熱光學元件、導熱光學元件外的泵浦光增透膜，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。所述半導體激光器的發射激光波長范圍為915nm lOOOnm。所述耦合光學系統包括至少一個光學透鏡。所述激光介質，其基質材料為磷酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、氟磷酸鹽玻璃中的一種。所述可飽和吸收體其基質材料采用MgAl6Oltlt5所述光電二極管采用InGaAs材料的光電二極管，其檢測波長范圍為IOOOnm 1650nmo所述濾光片的兩個表面均鍍有介質膜，對激光諧振腔輸出的激光脈沖增透。所述濾光片與激光諧振腔表面成一定角度斜置。有益效果本實用新型的被動調Q微片激光器通過將激光介質與可飽和吸收體做成微片的方法縮短了它們的長度，并將其貼合在一起，加上左右貼合上反射鏡，因此形成的激光諧振腔的長度更短，能產生具有更短脈寬的激光脈沖輸出，將光電二極管集成在激光器內，能獲取精確的激光脈沖時間信號。
圖1為本實用新型實施例1示意圖。圖2為本實用新型實施例2示意圖。圖3為本實用新型實施例3示意圖。其中101-半導體激光器，102-聚焦透鏡，103-第一反射鏡，104-第二反射鏡， 105-激光介質，106-可飽和吸收體，107-濾光片，108-光電二極管，109-散熱底座，110-底座，111-導熱光學元件，112-泵浦光增透膜，113-激光高反射膜，209-外殼底座，210-圓形激光器外殼。
具體實施方式
下面結合具體實施例和附圖，進一步闡述本實用新型。由于被動調Q輸出的激光脈沖的時間抖動較大，在被動調Q激光器的應用中，需要一個快速響應的光電元件來接收激光脈沖信號，并將其轉化為電脈沖信號用于觸發。實施例1現結合圖1來說明本實用新型的第一具體實施例。本實施例中采用鈷摻雜的 MgAl6Oltl晶體作為可飽和吸收體，實現1.3 1.6μπι的被動調Q輸出。采用鉺摻雜激光玻璃、Nd:YAW3、Er:YAG或Nd:KGW作為激光介質。鉺摻雜的固體材料被用于產生1. 5 1.6μπι的激光輸出，其中鉺鐿雙摻雜的材料如磷酸鹽玻璃是最經常實用的，其中的鐿元素作為敏化粒子，對泵浦具有更大的吸收界面，用于吸收泵浦光，并將能量轉移給鉺離子。鈷摻雜尖晶石具有較大的基態吸收截面與較小的激發態吸收截面，可以實現具有更短脈寬以及更高峰值功率的激光脈沖輸出，經常與鉺摻雜的固體材料，如phosphate laser glass、YAG、YSGG等一同使用。例如Co = MgAl2O4及Co = MgAl6Oltl已被證實可以實現納秒級的激光脈沖輸出。圖1是本實用新型的實施例1的示意圖。采用的端面泵浦的方式。其中半導體激光器101作為泵浦源，產生泵浦激光束，耦合光學系統采用聚焦透鏡102，通過聚焦透鏡102 泵浦激光束被匯聚到激光介質105內。半導體激光器101安裝在散熱底座109上，散熱底座109采用導熱材料，如A1N。激光介質105比可飽和吸收體106更靠近半導體激光器101， 激光介質105與可飽和吸收體106 —同放置在一個激光諧振腔內，此激光諧振腔由第一反射鏡103與第二反射鏡104組成，二者都是光學介質膜材料。激光介質105產生激光增益，可飽和吸收體106產生短脈寬調Q脈沖輸出。激光介質105與可飽和吸收體106膠合在一起組成微片。第一反射鏡103采用鍍膜方式直接鍍膜在激光介質105表面上，對半導體激光器101發出的激光束具有高透過率，對產生的激光脈沖具有高反射率；第二反射鏡104采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體106表面上，對產生的激光脈沖部分透射。由激光介質105、可飽和吸收體106、第一反射鏡103與第二反射鏡104組成的微片式激光諧振腔，縮短了激光腔長，降低腔損耗，更易于調節并實現高泵浦效率。激光介質105是鉺摻雜的固體材料，在900 IOOOnm光譜范圍內具有較寬的吸收譜，可以實現高效泵浦。根據由于激光介質105對泵浦光的吸收系數通常隨著波長變化，當采用不同的泵浦波長的半導體激光器時，激光介質105的厚度也因相應改變，以保證吸收足夠能量的泵浦光來轉換為激光脈沖輸出。可飽和吸收體106是鈷摻雜的固體材料可以實現1. 3 1. 6 μ m光譜范圍內的被動調Q脈沖輸出。濾光片107用于透過激光脈沖并阻擋被激光介質105吸收后殘留的泵浦光。濾光片107的兩個表面都鍍膜對激光脈沖增透，其中至少有一面對泵浦光高反。濾光片107透過了激光脈沖的絕大部分能量，但仍有很小一部分能量被反射。因此濾光片107被相對于第二反射鏡104傾斜放置以避免反射的能量重新進入激光諧振腔，而是被InGaAs材料的光電二極管108接收。如圖1所示，光電二極管108安裝在底座110上。實施例2圖2所展示的是本實用新型的第二具體實施例。在這一實施例中，第一反射鏡 103并不是單一的介質膜直接鍍膜在激光介質105表面，而是由三部分組成泵浦光增透膜 112、導熱光學元件111與激光高反射膜113。泵浦光增透膜112對泵浦光增透，而激光高反射膜113對激光脈沖高反。泵浦光增透膜112在導熱光學元件111表面，導熱光學元件 111對泵浦光不吸收。第一反射鏡103與激光介質105膠合在一起。激光介質105、可飽和吸收體106、第一反射鏡103與第二反射鏡104組成的微片式激光諧振腔，由于諧振腔內依然只有激光介質105與可飽和吸收體106，并不會改變腔長。半導體激光器101發出的泵浦光絕大部分能量在激光介質105所吸收，且在靠近第一反射鏡面103的一面。此時，第一反射鏡103的另一個作用是將激光介質105內由于吸收泵浦光所產生的熱量部分導出，減少其熱負載。相比第一實施例，可以實現更高的泵浦功率與更高重復頻率激光脈沖輸出，有效降低了激光介質105的熱透鏡效應，保證了高泵浦功率作用時激光脈沖輸出的穩定與光束質量的穩定。實施例3圖3所展示的是本實用新型的第三具體實施例。其中包含有一個兩端開口的圓形激光器外殼210，圓形激光器外殼210的一端密封安裝了一個外殼底座209。半導體激光器 101安裝于外殼底座209上。聚焦透鏡102匯聚半導體激光器101所產生泵浦光，匯聚到激光介質105內。激光介質105比可飽和吸收體106更靠近半導體激光器101，激光介質105 與可飽和吸收體106 —同放置在一個激光諧振腔內，此激光諧振腔由第一反射鏡103與第二反射鏡104組成，二者都是光學介質膜材料。激光介質105與可飽和吸收體106與由第一反射鏡103與第二反射鏡104組成的激光諧振腔膠合在一起組成微片，結構與第一實施例相同。濾光片107用于透過激光脈沖并阻擋被激光介質105吸收后殘留的泵浦光。濾光片107的兩個表面都鍍膜對激光脈沖增透，其中至少有一面對泵浦光高反。濾光片107透過了激光脈沖的絕大部分能量，但仍有很小一部分能量被反射。濾光片107被相對于第二反射鏡104傾斜放置以避免反射的能量重新進入激光諧振腔，且密封于圓形激光器外殼210的另一個開口端。采用InGaAs材料的光電二極管108安裝于圓形激光器外殼210內部用于檢測激光脈沖信號。如圖3所示，被濾光片107所反射的激光脈沖并不是直接被光電二極管108 所接收。由于激光脈沖的峰值功率很高，即使濾光片107所反射的僅是很小一部分能量，仍足以使光電二極管108飽和。因此應避免直接入射，而是先入射到圓形激光器外殼210的內壁上。圓形激光器外殼210的內壁的粗糙面對反射來的激光脈沖產生漫反射，漫反射的激光脈沖能量足夠小，可以被光電二極管108接收而不至于產生飽和。
權利要求1.一種被動調Q微片激光器，其特征在于包括以下部件 半導體激光器，作為泵浦光源用于泵浦激光介質；激光介質，置于半導體激光器正面作為半導體激光器泵浦對象，產生受激輻射，所述激光介質采用摻鉺元素的固態介質；可飽和吸收體，置于激光介質之后，部分吸收激光介質發出的受激輻射，用于產生激光脈沖輸出，所述可飽和吸收體采用摻鈷材料的固態介質；耦合光學系統，將所述半導體激光器所產生的激光束整形并耦合到所述激光介質內；激光諧振腔，由兩面反射腔鏡組成，用于形成激光振蕩輸出；濾光片，用于反射激光脈沖輸出的部分能量；光電二極管，用于檢測激光脈沖輸出信號；所述激光介質與可飽和吸收體位于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡內，所述激光介質與可飽和吸收體均加工成微片，并貼合在一起組成整體。
2.如權利要求1所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在激光介質表面，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。
3.如權利要求1所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述組成激光諧振腔的兩面反射腔鏡分別為第一反射鏡和第二反射鏡，所述第一反射鏡與激光介質貼合在一起，所述第二反射鏡與可飽和吸收體貼合在一起，所述第一反射鏡包括三層，從內到外分別為在激光介質表面的激光高反射膜、貼合在激光高反射膜外的導熱光學元件、導熱光學元件外的泵浦光增透膜，第二反射鏡采用鍍膜方式直接鍍膜在可飽和吸收體表面。
4.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述半導體激光器的發射激光波長范圍為915nm lOOOnm。
5.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述耦合光學系統包括至少一個光學透鏡。
6.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述激光介質，其基質材料為磷酸鹽玻璃、硅酸鹽玻璃、氟磷酸鹽玻璃中的一種。
7.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述可飽和吸收體其基質材料采用MgAl6Oltlt5
8.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述光電二極管采用InGaAs材料的光電二極管，其檢測波長范圍為IOOOnm 1650nm。
9.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述濾光片的兩個表面均鍍有介質膜，對激光諧振腔輸出的激光脈沖增透。
10.如權利要求1或2或3所述的被動調Q微片激光器，其特征在于所述濾光片與激光諧振腔表面成一定角度斜置。
專利摘要本實用新型涉及一種激光器，屬于激光技術領域。一種被動調Q微片激光器，其特征在于包括以下部件半導體激光器，作為泵浦光源用于泵浦激光介質；激光介質，置于半導體激光器正面，產生受激輻射;可飽和吸收體，置于激光介質之后，部分吸收激光介質發出的受激輻射，產生激光脈沖輸出；耦合光學系統，將所述半導體激光器產生的激光束整形并耦合到激光介質內；激光諧振腔，由兩面反射腔鏡組成，用于形成激光振蕩輸出；濾光片，用于反射激光脈沖輸出的部分能量；光電二極管，用于檢測激光脈沖輸出信號；所述激光介質與可飽和吸收體位于所述激光諧振腔內。本實用新型將激光介質與可飽和吸收體組合成一體，有利于產生更短脈寬的激光脈沖輸出。
文檔編號H01S3/06GK202111365SQ20112012315
公開日2012年1月11日 申請日期2011年4月22日 優先權日2011年4月22日
發明者呂超, 張哨峰, 李大汕 申請人:上海高意激光技術有限公司