[实用新型]整体化腔内混频微片激光器

说明书

所属技术领域

本专利涉及一种整体化腔内混频微片激光器。

背景技术

为消除腔内混频中常见的绿光问题，基频光应由两个谐振腔独立产生。目前，已经检索到的关于腔内混频的专利包括：

1.美国专利US 5345457。该专利利用棱镜的色散效应将不同波长的光分束，使其分别起振于两个腔中，实现基频光的独立起振。该方法结构复杂，调节难度大，稳定性也比较差。

2.美国专利US 5651019。该专利通过一双色膜将不同波长的基频光分束到两个独立的激光腔中。该方案镀膜难度高，腔内损耗比较大，且不适合相同波长的基频光。

3.美国专利US 6816519。该专利通过一片PBS棱镜将两束不同的基频光分束到两个独立的激光腔中，该方案镀膜难度高，且不易控制；另外，插入PBS分束棱镜损耗比较大。

4.德国专利DE 19610371。该专利通过一块双折射晶体将谐振腔分为两支。每支含一激光增益介质，由一激光二极管泵浦。缺点是界面损耗大。且因两基频光的间隔受器件尺寸限制，无法缩小，因而不得不采用厚双折射晶体，导致吸收增多，并对光束准直性要求极高以避免滤光效应引起的损耗和噪音。

本专利采用全新的基频光和频机制，通过walk-off效应实现低损耗，高效率，低噪声腔内混频。该方案结构简单，体积小巧，性能稳定，便于集成，适合微型化，整体化。

发明内容

本专利涉及一种整体化腔内混频微片激光器。其技术方案在于采用两个独立谐振腔产生基频光，从而消除了绿光问题。产生的基频光线性偏振并互相垂直，通过双折射晶体在非线性晶体中重合并混频，从而实现高效率激光输出。

本发明的基本结构包括激光增益介质，双折射晶体和非线性晶体。这些晶体均被切割成薄片用光胶粘合，集为一体，形成低损耗，低噪声微片激光器。双折射晶体应对所通过之波长透明，并有较大的双折射率。至少一个激光增益介质与双折射晶体的一个表面相贴。至少一个非线性晶体与双折射晶体的一面相贴。这些元件构成两独立的谐振腔，非线性晶体外侧镀膜构成两谐振腔的共同腔镜，激光增益介质外侧镀膜构成另一腔镜。两独立光腔在激光增益介质中相互平行，在双折射晶体与非线性晶体的界面相交，在非线性晶体中重合。一个光腔在激光增益介质与双折射晶体中呈线性。另一个光腔在激光增益介质与双折射晶体界面弯折，弯折角等于双折射晶体走离角。省去了用于产生单频的选模元件，也无需为产生极多模而采用极短光腔，光腔总长度为毫米级。两基频光入射线垂直距离等于双折射晶体长度与走离角正切的乘积。由此基本结构可演变出许多不同的结构以适合各种应用。

例如，激光增益介质可各向同性或异性，可位于双折射晶体同一侧或分置两侧。泵浦源可为二分离器件或一连体二元器件或由单一器件分成二束。光束分离可通过偏振差别或其他方法实现。基于偏振差别的光束分离又有多种途径。

又如，基频光可由两激光增益介质单独产生，或由一激光增益介质及另一光源产生。产生基频光的其他光源包括激光二极管，以激光二极管为泵浦源的固体激光器，及光参量振荡器或放大器。

再如，除用于基频光混频的非线性晶体外，一个或多个非线性晶体可粘附在基本结构上。通过进一步非线性作用包括混频或倍频，产生更短波长的激光，包括紫外激光。

本专利演示了一种仅包括一个泵浦源，一激光增益介质，一双折射晶体，及两个非线性晶体的小尺寸，低成本可高效产生连续波紫外的微片激光器。

本发明结构上的灵活性导致器件尺寸进一步缩小，费用进一步降低，波长范围进一步扩展。通过适当选择晶体材料及优化组合，从红外到紫外的多种波长均可获得。

此外，本发明适合各种工作模式，单模或多模，连续或脉冲。如果两基频光均为多模，混频过程不存在简并，因而混频光模数倍增。将本发明用于激光显示器，可大大降低由相干带来的斑点，从而改善影像质量。而且混频光模间隔非等距，消除了因自发Q-Switch导致晶体损坏的隐忧。

附图说明

图1a为本发明的基本结构图。

图1b为本发明的另一基本结构图，采用一各向同性的激光增益介质产生基频光。

图2a-2h为本发明采用的几种泵浦源结构图。

图3为本发明的另一种结构图，其中激光增益介质分置双折射晶体两侧。

图4为本发明的另一种结构图，可用于产生单模或平顶光谱输出。

图5a-5b为本发明的另二种结构图，其中基频光之一由激光二极管或光参量振荡器产生。

图6a-6f为本发明采用的几种结构图，用于产生所需波长包括紫外波长。

具体实施方式