倍頻激光器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種倍頻激光器，該倍頻激光器包括半導體激光器、耦合透鏡、激光晶體、倍頻晶體、熱電制冷器以及裝有激光晶體的球槽支座和裝有倍頻晶體的球狀熱沉，所述半導體激光器、耦合透鏡、激光晶體和倍頻晶體同軸設置，激光晶體和倍頻晶體的外端面鍍有合適的激光膜系構成激光諧振腔，所述半導體激光器作為泵浦源，其輸出的泵浦光經過耦合透鏡后進入激光晶體，激發激光晶體后再經過諧振腔的反饋作用，經腔內的倍頻晶體倍頻輸出倍頻光。本發明的倍頻激光器具有易于調節、體積小、散熱性能好、易于裝配、內部結構簡單、功率高及適合批量生產等一系列優點。
【專利說明】倍頻激光器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種倍頻激光器，尤其是涉及一種新型可調結構整體溫控倍頻激光器。
【背景技術】
[0002]目前，小型激光器在很多領域得到應用，比如激光顯示，光學存儲、激光瞄準、遙感通訊等。但是，普通的小型半導體泵浦固態激光器，特別是腔內倍頻激光器，都采用鍵合晶體結構，鍵合晶體是一種激光晶體的復合技術，由于光學晶體大多具有較高的熔點，通常需要通過高溫熱處理促使兩塊晶體經過精密光學加工的表面的分子相互擴散、融合，最終形成更穩定的化學鍵，達到真正意義上擴散鍵合。
[0003]鍵合晶體雖然結構緊湊，但輸出功率、晶體合格率、激光器的壽命受光膠工藝的限制，很難進一步提高，并且鍵合微片激光器需通過光學加工，以保證各光學面的平行。市場上百毫瓦以上綠光激光器多采用分離腔結構，但體積上卻要增加不少，根本滿足不了激光微投影等領域的要求。例如，一分離腔結構的激光器如中國專利第200720121386.7號所示，其公開了一種高功率單管泵浦激光器，包括輸出泵浦激光的半導體激光器，該半導體激光器固定在LD熱沉上，該LD熱沉與TEC制冷器相連，在半導體激光器的發射端前設有由激光晶體和倍頻晶體構成的諧振腔和激光輸出鏡，在半導體激光器的發射端與諧振腔之間設有準直光纖和聚焦透鏡，半導體激光器發射的激光耦合進入該準直光纖后輸出，再經聚焦透鏡會焦后進入激光晶體，所述諧振腔連接有TEC制冷器。然而，該專利中的分離腔結構不易于調節，且接觸面較小，散熱性能不好。
[0004]另外，目前現有的激光器諧振腔的調節方式多采用調整架固定在產品中，調整架用于調整腔內形成光學諧振腔的光學元件表面平行度，這種結構穩定度受環境等諸多因素的影響，而且抗震等方面性能較差。
【發明內容】
[0005]基于改善以上所述目前激光器的缺點，本發明的目的在于提供一種易于調節、體積小、散熱性能好、易于裝配、功率高及適合批量生產的微型半導體泵浦倍頻激光器。
[0006]本發明倍頻激光器包括半導體激光器、耦合透鏡、激光晶體、倍頻晶體、熱電制冷器以及裝有激光晶體的球槽支座和裝有倍頻晶體的球狀熱沉，所述半導體激光器、耦合透鏡、激光晶體和倍頻晶體同軸設置，所述激光晶體和倍頻晶體的外端面鍍有合適的激光膜系構成激光諧振腔，所述半導體激光器作為泵浦源，其輸出的泵浦光經過耦合透鏡后進入激光晶體，激發激光晶體后再經過諧振腔的反饋作用，經腔內的倍頻晶體倍頻輸出倍頻光。
[0007]相較于現有技術，本發明的倍頻激光器的分離腔結構采用將激光晶體和倍頻晶體固定于互相吻合的球槽支座和球狀熱沉上，通過調節球狀熱沉達到對準激光諧振腔的目的，從而可以縮小分離腔激光器的體積、降低激光微片對光學加工的要求、易于裝配，而且可以降低激光晶體和倍頻晶體的要求，同時還可以獲得較高的激光功率，適合大批量生產。【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1是根據本發明第一實施例的倍頻激光器的結構示意圖。
[0009]圖2是根據本發明第二實施例的倍頻激光器的結構示意圖。
[0010]圖3是根據本發明第三實施例的倍頻激光器的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]現在結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步說明。
[0012]圖1是根據本發明第一實施例的倍頻激光器的結構示意圖。如圖1所示，本發明的倍頻激光器包括半導體激光器101、耦合透鏡201、激光晶體301和倍頻晶體403、熱電制冷器(TEC) 501以及分別裝有激光晶體301的球槽支座401和裝有倍頻晶體403的球狀熱沉 402。
[0013]其中，半導體激光器101可激發激光晶體301，為倍頻激光器提供泵浦源，包括但不限于單模半導體激光器、多模半導體激光器、鎖波長半導體激光器等，波長包括但不限于808nm、940nm等。耦合透鏡201可以為光纖透鏡、自聚焦透鏡、非球面透鏡、球透鏡、或者是這幾種透鏡的組合等。
[0014]激光晶體301是Nd:YAG, Nd:YV04等激光工作物質，激光晶體301靠近耦合透鏡201的一端面，即前表面301a鍍有泵浦光高透和激光高反膜系，遠離耦合透鏡201的一端面，即后表面301b鍍有基頻光增透或者基頻光增透倍頻光高反或者基頻光增透倍頻光高反泵浦光高反膜系。倍頻晶體403為非線性頻率變換晶體，如KTP、BB0、PPMg0LN等。倍頻晶體403靠近激光晶體301的一端面，即前表面403a鍍有基頻光增透或者基頻光增透和倍頻光高反的膜系，而遠離激光晶體301的一端面，即后表面403b鍍有倍頻光高透和基頻光高反的膜系。所述半導體激光器101、耦合透鏡201、激光晶體301和倍頻晶體403四者同軸設置。其中，激光晶體301前表面301a的泵浦光高透和激光高反膜系與倍頻晶體403后表面403b的倍頻光高透和基頻光高反的膜系構成諧振腔。半導體激光器101發出的激光經過耦合透鏡201后進入激光晶體301，激發激光晶體301后經過諧振腔反饋，經腔內的倍頻晶體403倍頻輸出倍頻光。
[0015]所述半導體激光器101作為泵浦源，激發激光晶體301使其進行能級躍遷，為基頻激光腔內振蕩提供能量來源，所述耦合透鏡201將半導體激光器101的輸出光成像或者聚焦到激光晶體301上，該激光晶體301為本發明倍頻激光器的增益介質，激光晶體301吸收半導體激光形成能級躍遷，在光學諧振腔的作用下形成基頻激光。所述倍頻晶體403為KTP、BBO、PPMgOLN或其他具有倍頻特性的非線性頻率變換晶體，該倍頻晶體403置于光學諧振腔內，利用諧振腔內的高功率激光密度，將諧振腔內的基頻激光倍頻。
[0016]球槽支座401和球狀熱沉402是本發明的核心，它們為導熱性良好的金屬材料，且接觸面之間可以緊密的配合，以保證良好的散熱和控溫。圓球面接觸使得角度方向上可實現連續調節。所述球槽支座401為金屬結構件，該球槽支座401用于安裝激光晶體301形成端面散熱；所述球狀熱沉402用于將倍頻晶體403固定于球槽支座401的開槽內，調節裝有倍頻晶體403的球狀熱沉402使其與激光晶體301靠近耦合透鏡201的一端進行對準，球狀熱沉402與球槽支座401的緊密配合，既保證光學元件在角度方向上可調節，又能保持良好的散熱性能。并且球狀熱沉402后端帶有一段圓柱手柄，此圓柱手柄可以通過螺紋或者夾具固定到相應的工裝夾具上，工裝夾具具有多維調節功能，這樣，固定在球狀熱沉402上的光學元件通過工裝夾具的多維調節功能就可以獲得角度方向的調整，以使激光器達到最好的效果。需要補充說明的是，球狀熱沉402既可以通過工裝夾具夾持圓柱手柄來進行調節，也可以在球狀熱沉402面上挖幾個小圓孔，通過固定于多維角度可調的工裝上的探針來配合調節。總之，調節架脫離激光器，使得激光器結構更加緊湊。
[0017]另外，在本發明中，若諧振腔內含有多個光學元件，則其他光學元件可設計成免調結構。一般來講，采用端面泵浦形式，只要保證泵浦模場與激光振蕩模場在激光工作物質的吸收深度內充分交疊，就能獲得理想的泵浦效率。因此，激光晶體與泵浦光光軸之間的位置公差可以通過機械加工來保證。
[0018]進一步，本發明中，球槽支座401和球狀熱沉402之間的接觸面可以通過進行拋光處理或填充導熱材料或鍍合適的軟金屬材料膜層等方法，以增強元器件的散熱和控溫。
[0019]所述熱電制冷器501用來對半導體激光器101、激光晶體301及倍頻晶體403進行整體溫控，從而使得本發明倍頻激光器制冷效果良好，半導體激光器101、激光晶體301及倍頻晶體403得到了合適的冷卻，可以保證其處于最佳的工作溫度，激光器性能穩定，適合大功率的激光輸出。
[0020]圖2是本發明的實施例二的結構示意圖。其中，各部件名稱和功能類似實施例一。所不同的是，活動的半球軸方向與通光方向垂直，而實施例一中則方向一致。
[0021]圖3是本發明的實施例三的結構示意圖。其中，各部件名稱和功能類似實施例一，所不同的是激光晶體301緊貼在球槽支座401的端面，這樣可以避免球槽支座的加工難度。
[0022]由于本發明采用球槽支座401和與之相配合的球狀熱沉402。通過調節球狀熱沉402達到對準激光諧振腔的目的，從而可以縮小分離腔激光器的體積、降低激光微片對光學加工的要求、易于裝配，而且可以降低激光晶體301和倍頻晶體403的要求，同時還可以獲得較高的激光功率，適合大批量生產。另外，通過調整倍頻晶體403輸出端所鍍的膜系結構，本發明既可以作為基頻光輸出激光器，也可作為倍頻光輸出激光器。
[0023]雖然參照本發明的優選實施方式，已經對本發明進行了圖示和描述。但，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種倍頻激光器，包括半導體激光器、耦合透鏡、激光晶體、倍頻晶體以及熱電制冷器，所述半導體激光器、耦合透鏡、激光晶體和倍頻晶體同軸設置，其特征在于，所述倍頻激光器還包括裝有激光晶體的球槽支座和裝有倍頻晶體的球狀熱沉，其中，所述激光晶體和倍頻晶體的外端面鍍有合適的激光膜系構成激光諧振腔，所述半導體激光器作為泵浦源，其輸出的泵浦光經過耦合透鏡后進入激光晶體，激發激光晶體后再經過諧振腔的反饋作用，經腔內的倍頻晶體倍頻輸出倍頻光。
2.如權利要求1所述的倍頻激光器，其特征在于:所述半導體激光器可激發激光晶體，為倍頻激光器提供泵浦源，包括但不限于單模半導體激光器、多模半導體激光器、鎖波長半導體激光器等，波長包括但不限于808nm、940nm等。
3.如權利要求1所述的倍頻激光器，其特征在于:所述耦合透鏡用于將半導體激光器的光成像或聚焦到激光晶體中，該耦合透鏡可以是光纖透鏡、自聚焦透鏡、非球面透鏡、球透鏡、或者是這幾種透鏡的組合等。
4.如權利要求1所述的倍頻激光器，其特征在于:所述激光晶體包括并不限于Nd:YAG、Nd:YV04等激光工作物質，倍頻晶體為KTP、BBO、PPMgOLN或其他具有倍頻特性的非線性頻率變換晶體。
5.如權利要求1所述的倍頻激光器，其特征在于:所述激光晶體在靠近耦合透鏡的一端面鍍有激光高反和泵浦光高透膜系，遠離耦合透鏡的一端面鍍有激光基頻光增透和倍頻光高反或者激光基頻光增透倍頻光高反泵浦光高反的膜系。
6.如權利要求5所述的倍頻激光器，其特征在于:所述倍頻晶體靠近激光晶體的一端面鍍有基頻光增透和倍頻光高反或者基頻光增透的膜系，遠離激光晶體的一端面鍍有基頻光高反和倍頻光高透的膜系，其中倍頻晶體的基頻光高反膜系和激光晶體靠近半導體激光器一端的激光高反和泵浦光高透膜系形成諧振腔。
7.如權利要求1所述的倍頻激光器，其特征在于:所述球槽支座為凹球形結構，可以在平面一側挖凹槽設置激光晶體或者將激光晶體直接貼在平面一側。
8.如權利要求7所述的倍頻激光器，其特征在于:所述球狀熱沉用于將倍頻晶體固定于球槽支座的凹槽內，球狀熱沉的半徑與球槽支座的半徑相等，因而兩個界面完全吻合形成良好的散熱面，在球狀熱沉的內部挖槽用于裝配倍頻晶體，因此調試過程倍頻晶體的溫度與整個倍頻激光器的控制溫度保持一致。
9.如權利要求1所述的倍頻激光器，其特征在于:所述熱電制冷器用于對半導體激光器、激光晶體和倍頻晶體進行整體控溫。
【文檔編號】H01S3/042GK103633542SQ201210299073
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月21日 優先權日:2012年8月21日
【發明者】李存法, 李潛 申請人:上海三鑫科技發展有限公司