一種半導體激光器直接倍頻裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及的是激光應用技術領域，尤其是一種半導體激光器直接倍頻裝置。
【背景技術】
[0002]隨著激光技術的發展，激光器應用于很多領域，如生物醫學、激光瞄準，激光通信等。比如藍光激光系統可以和紅光半導體激光器、內腔倍頻的全固化綠激光器一起作為彩色顯示的全固態標準三原色光源應用于激光顯示；因為波長較短，經透鏡聚焦后聚光點更小，在高密度光學存儲中，利用紫色光進行光刻，同樣大小的DVD光盤容量是普通CD盤的40倍以上，普通家用DVD盤的6-7倍。
[0003]目前較為常見的是把半導體激光器作為栗浦源，通過栗浦激光晶體，可以將光束質量差、光譜結構差的半導體激光轉換為譜線窄、基橫模的固體激光輸出，并且諧振腔內高的往返激光通過非線性光學手段進行頻率轉換，實現了倍頻激光輸出。由于需要調整腔內形成光學諧振腔的光學元件要同時考慮激光介質和非線性晶體的影響，且這種結構穩定度受環境變化因素的影響較大。
[0004]通過二次諧波(SHG)可以將半導體激光器的輸出光作為基頻光直接倍頻得到激光輸出，但是要求半導體激光器不僅能夠輸出較高的激光功率，而且還必須實現單管、單頻運轉。高功率半導體激光器由于發光孔徑為線狀10_X lum (常規CM-Bar)、發散角大、光束質量差等特點，獲得其倍頻光較困難。因此，采用光學反饋壓縮等技術，通過外腔加強的辦法，改善半導體激光器光束質量、壓縮其發射線寬，并且將半導體激光器輸出鎖定在非線性晶體無源諧振腔的共振頻率上就成為這項技術的關鍵問題。
[0005]半導體激光器光柵-外腔非相干光譜合束技術，是實現高亮度半導體激光輸出的有效方法之一，先利用外腔與半導體激光器后腔面組成外腔半導體激光器，將不同的合束單元鎖定在不同的波長，再利用光柵或其他色散元件的色散作用，將各個發光單元激光束空間重疊成一束輸出，這樣合束之后的光束質量得到了極大的改善，于是實現了高功率輸出條件下實現高光束質量輸出，極大地提高了半導體激光器輸出亮度，能夠實現高的基頻光與倍頻光的光一光轉換效率，同時近兩年隨著非線性晶體生長技術的發展，晶體對于外腔直接倍頻技術的發展帶來了無限生機，使半導體激光器直接倍頻技術成為當前最有潛力的一項技術之一。
【發明內容】
[0006]本發明的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種半導體激光器直接倍頻裝置的技術方案，該方案能夠實現每個合束單元波長的鎖定壓窄和模式選擇，同時將發光單元激光束空間近場和遠場重疊成一束輸出，極大的改善合束之后的光束質量，于是實現了高功率輸出條件下實現高光束質量輸出，對應的鎖定光譜具有很高的譜亮度。
[0007]本方案是通過如下技術措施來實現的:一種半導體激光器直接倍頻裝置，半導體激光器發射出的激光束依次經過光譜合束及壓窄機構、隔離器、耦合透鏡、TEC溫度控制模塊、非線性倍頻晶體和第二耦合輸出鏡后輸出。
[0008]作為本方案的優選:光譜合束及壓窄機構包括有第一準直鏡、第二準直鏡、空間變換透鏡、光柵和第一耦合輸出鏡；由半導體激光器發出的激光束依次透射過第一準直鏡、第二準直鏡和空間變換透鏡后射入光柵；光柵將入射的激光束反射至第一耦合輸出鏡輸出至隔離器；半導體激光器和光柵分別位于空間變換透鏡兩側的焦距處。
[0009]作為本方案的優選:隔離器包括反射鏡和λ / 2波片;從光譜合束及壓窄機構輸出的激光束由反射鏡反射到λ / 2波片；反射后的激光束透射過λ / 2波片后輸出到親合透鏡。
[0010]作為本方案的優選:第一耦合輸出鏡針對Ρ光或S光的透射率為5%_15%。
[0011]作為本方案的優選:半導體激光器的前腔反射率小于第一耦合輸出鏡。
[0012]作為本方案的優選:第二耦合輸出鏡上鍍有針對基頻光具有高反射率并且針對倍頻光具有高透射率的膜。
[0013]作為本方案的優選:反射鏡上鍍有針對S偏振光或Ρ偏振光具有高反射率的膜。
[0014]作為本方案的優選:非線性倍頻晶體為ΒΒ0或LB0或ΚΤΡ或ΡΡΚΤΡ或ΚΤΑ或ΚΝ。
[0015]作為本方案的優選:非線性倍頻晶體的前后端面針對基頻光和倍頻光進行增透處理，對非線性倍頻晶體其余表面針對倍頻光進行增反處理后形成非線性倍頻晶體波導層。
[0016]作為本方案的優選:TEC溫度控制模塊對非線性倍頻晶體進行整體溫控。
[0017]本方案的有益效果可根據對上述方案的敘述得知，由于在該方案采用半導體激光器非相干合束技術，改善輸出光束的光束質量，提高輸出光譜的亮度，作為高亮度基頻光直接倍頻實現激光輸出，并在倍頻晶體的表面進行鍍膜或其他的方式來形成波導層，實現基頻光的高效利用，獲得較高的倍頻效率。相比于常規的將半導體激光器作為栗浦源，通過栗浦固體激光器實現窄譜線、高光束質量的激光輸出倍頻裝置而言，本發明不用考慮光學諧振腔的穩定性和光學器件表面平行度，具有易調節、散熱性能好、內部機構簡單、抗干擾因素強等優點。
[0018]由此可見，本發明與現有技術相比，具有突出的實質性特點和顯著地進步，其實施的有益效果也是顯而易見的。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明【具體實施方式】的結構示意圖。
[0020]圖中，1為半導體激光器底座，2為半導體激光器，3為第一準直鏡，4為第二準直鏡，5為空間變換透鏡，6為反射鏡或光柵，7為第一親合輸出鏡，8為光柵，9為λ / 2波片，10為耦合透鏡，11為TEC溫度控制模塊，12為非線性倍頻晶體，13為非線性倍頻晶體波導層、14為第二耦合輸出鏡、15為倍頻輸出光束。
【具體實施方式】
[0021]本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。
[0022]本說明書(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。
[0023]如圖1所示，半導體激光器輸出的光束經過第一準直鏡和第二準直鏡準直后在空間變換透鏡的作用下，將沿慢軸方向不同位置合束單元的子光束轉化成不同傾角且收斂的子光束入射到光柵上，光柵的色散作用將不同波長、不同入射角的子光束以相同的出射角衍射，實現各個合束單元遠場和近場的重合，再經由第一耦合輸出鏡將部分光束反饋至半導體激光器形成光譜鎖定和各個合束單元的光譜壓窄，使得輸出基頻光具有很高的譜亮度。
[0024]通過調節合束光柵的衍射角度可以使的基頻光波長與倍頻晶體的允許波長相匹配，實現較高的倍頻效率。經過反射鏡或者Littrow光柵與λ / 2波片組成的隔離器后，由耦合透鏡將滿足數值孔徑的基頻光耦合進入波導型非線性倍頻晶體，并且調節來改變基頻光的偏振方向來獲得較大的倍頻系數。
[0025]調節TEC溫度控制模塊，使得倍頻晶體內基頻光和倍頻光滿足相位匹配或獲得最佳匹配角度條件，獲得倍頻激光輸出。在倍頻的過程中不可能實現基頻光的完全轉換，輸出的倍頻光中總是有基頻光成份，通過對第二耦合輸出鏡鍍膜處理使得倍頻光透射，基頻光反射。基頻光在經過λ / 2波片時偏振方向發生變化，入射到反射鏡或光柵，不會注入半導體激光器形成耦合腔影響光譜的鎖定。
[0026]本發明并不局限于前述的【具體實施方式】。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
【主權項】
1.一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:半導體激光器發射出的激光束依次經過光譜合束及壓窄機構、隔離器、耦合透鏡、TEC溫度控制模塊、非線性倍頻晶體和第二耦合輸出鏡后輸出。2.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述光譜合束及壓窄機構包括有第一準直鏡、第二準直鏡、空間變換透鏡、光柵和第一親合輸出鏡；由半導體激光器發出的激光束依次透射過第一準直鏡、第二準直鏡和空間變換透鏡后射入光柵；所述光柵將入射的激光束反射至第一親合輸出鏡輸出至隔離器；所述半導體激光器和光柵分別位于空間變換透鏡兩側的焦距處。3.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述隔離器包括反射鏡和λ / 2波片；從光譜合束及壓窄機構輸出的激光束由反射鏡反射到λ / 2波片；反射后的激光束透射過、/ 2波片后輸出到親合透鏡。4.根據權利要求2所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述第一耦合輸出鏡針對Ρ光或S光的透射率為5%-15%。5.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述半導體激光器的前腔反射率小于第一耦合輸出鏡。6.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述第二耦合輸出鏡上鍍有針對基頻光具有高反射率并且針對倍頻光具有高透射率的膜。7.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述反射鏡上鍍有針對S偏振光或Ρ偏振光具有高反射率的膜。8.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述非線性倍頻晶體為ΒΒΟ或LBO或ΚΤΡ或ΡΡΚΤΡ或ΚΤΑ或ΚΝ。9.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:所述非線性倍頻晶體的前后端面針對基頻光和倍頻光進行增透處理，對非線性倍頻晶體其余表面針對倍頻光進行增反處理后形成非線性倍頻晶體波導層。10.根據權利要求1所述的一種半導體激光器直接倍頻裝置，其特征是:TEC溫度控制模塊對非線性倍頻晶體進行整體溫控。
【專利摘要】本發明提供了一種半導體激光器直接倍頻裝置，該方案為半導體激光器發射出的激光束依次經過光譜合束及壓窄機構、隔離器、耦合透鏡、TEC溫度控制模塊、非線性倍頻晶體和第二耦合輸出鏡后輸出。該方案能夠實現每個合束單元波長的鎖定壓窄和模式選擇，同時將發光單元激光束空間近場和遠場重疊成一束輸出，極大的改善合束之后的光束質量，于是實現了高功率輸出條件下實現高光束質量輸出，對應的鎖定光譜具有很高的譜亮度。
【IPC分類】H01S3/109, H01S3/0941
【公開號】CN105356215
【申請號】CN201510720398
【發明人】孟慧成, 阮旭, 譚昊, 杜維川, 余俊宏, 王昭, 吳華玲, 高松信, 武德勇
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所
【公開日】2016年2月24日
【申請日】2015年10月30日