[发明专利]单一频率的单块线性激光器件及包含该器件的系统

说明书

本发明涉及激光二极管泵浦单块固体激光器件，尤其涉及单模内腔加倍固体激光器件。还涉及用于制作这种器件的方法。

本发明可以特别有利地应用于产生蓝色或绿色激光的领域，但这并非是唯一的用途。

例如采用多模二极管，在可见光谱473nm处发射一束具有良好空间和光谱质量的激光，尤其可以在工业和医学上加以利用。被称为谐波的这种波长可以在946nm的一个被称为基波的波长处，就掺杂钕的钇铝石榴石(Nd:YAG)进行激光发射的频率加倍而获得。

一般来说，内腔加倍激光包含一个用于对固体激光器件，例如Nd:YAG进行泵浦的激光二极管，在946nm处形成放大器。为了进行加倍，可以将一个非线性晶体连接到用倍频技术把近红外基本信号转变为可见信号的放大器上(也被称为“第二谐波阶段SHG”)。从而得到等于基波波长用2除的谐波波长。放大器和非线性晶体包含在一个空腔中，在激光束的路径上，空腔的两个端头相对的表面可以反射某些波长。

但是，如果要求连续进行发射，基本发射的功率就小于激光二极管的功率，则倍频的效率很低。

标题为“Diode pumped laser and doubling to obtainblue light”(“二极管泵浦激光器和加倍获得蓝光”)的美国专利US 4 809 291现已公开，在这篇专利中，R.L.Byer和T.Y.Fan提议用内腔加倍以便增加946nm基波波长的功率，从而增加加倍效率。在一篇1988年发表于Journal Optics Letters(第13卷第137-139页)的题为“Efficient blue emission from anintracavity-doubled 946 nm Nd:YAG Laser”(“来自于内腔加倍946nm Nd:YAG激光器的高效蓝光发射”)的文章中，Dixon等人提出用内腔加倍Nd:YAG基激光器进行5mW蓝光(473nm)发射。Nd浓度为1.1at.％，加倍效率仅为2％。

这些内腔加倍激光器件的主要问题是存在轴模及伪偏振，轴模及伪偏振降低了激光效率并且是大功率波动的原因。举例来说，Matthews等人在题为″Diode pumping in a blue(473nm)Nd:YAG/KNbO3 microchip laser″(“蓝色(473nm)Nd:YAG/KNbO3微芯片激光器中的二极管泵浦”(CLEO′96第9卷第174页)中，展示了具有强度大于10％的波动的26.5mW蓝光。

更精确地说，内腔倍频导致选择性损耗，而损耗随主激光器件发射的泵浦功率而增加。加倍效率增加时，空腔的平均粒子数反转必须增加，以便补偿额外损耗。但是，这使得相邻模及正交偏振发射开始发出激光。对于相邻模来说，这是“空间洞燃烧”之外的效果，因为“空间洞燃烧”已经使相邻模发出激光了。

空腔中发出激光的不同模与放大媒介耦合(增益竞争)并与倍频媒介耦合(频率增加)。这些耦合是非线性的并且参与到一个复杂的非线性活动中。后者导致很高的或者甚至混乱的功率波动。

如果倍频是“类型I”的，正交偏振模不受有效倍频的影响(在基波和谐波之间没有相适应)。这些模通过泵浦功率的增长来稳定粒子数反转。它们使转换效率减缓，转换效率的增加需要增加粒子数反转。只有“空间洞燃烧”效应允许转换效率略微增加。已经提出几种制造激光单模或将非线性晶体中的模拆开的方法。这些方法可分为三类:

a)第一种是在空腔中引入一个标准具。这种方法，特别是Y.Shimoji在美国专利5,838,713中所公开的，引起了几个问题。标准具引起空腔中的损耗，除非它由YAG和加倍晶体的面形成。在后者的情况下，要求定位非常精确(亚微米)，很难在工业上获得并且很难稳定。解决这个问题的一个方法是随着加倍晶体在接触面的一部分插入一个角度，将放大媒介引入光接触。这个角度在两种材料之间产生一个空气隙。这个方法使接触变弱，从而减弱了单块激光器件的完整性，并且不允许用粘合剂保护接触面。