[发明专利]温度相关性降低的蓝色LD泵浦的掺杂镨的固态激光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种固态激光装置，该固态激光装置包括在激光腔的两个谐振腔端面镜之间布置的固态增益介质以及被布置成对所述固态增益介质进行光学泵浦的基于GaN的固态泵浦激光器，其中所述固态增益介质由掺杂Pr³⁺的基质材料(host material)组成。 

激光器的固有高辐射率使其成为用于高光学要求的所有应用的理想候选光源。一旦可以获得发射蓝色、绿色和红色的激光器，它们就能够例如替代UHP灯作为投影系统中的光源。缺乏处于绿色波长区内的集成激光源至今仍阻碍激光器在显示或照明应用中的广泛使用。对于绿色波长区的现今使用的激光源依靠通过对红外激光源的上转换或者通过对红外激光源的二次谐波发生的频率转换。自红外波长区的上转换或二次谐波发生的一个可替代方案是对蓝色激光源的频率转换，正如众所周知的红外染料激光器或Nd:YAG激光器的情况那样。随着蓝色-紫色区的基于GaN的激光二极管的最近发展，这种方案对于可见波长的全固态装置变得有吸引力。在这种固态激光装置中，适当的固态增益介质由基于GaN的激光二极管光学泵浦以便发射处于蓝色、绿色或红色波长区内的激光辐射。 

背景技术

这种装置的适当固态增益介质必须具有处于蓝色-紫色波长区内的吸收线。掺杂有稀土离子的不同晶体基质材料已经被提出作为用于这种固态激光装置的增益介质。在这种情况下Pr³⁺离子备受关注，因为其在GaN激光二极管的典型发射波长下表现出吸收并且能够将这一辐射转换成在蓝色、绿色、红色和橙色波长的激光发射。 

US 6,490,309B1公开了一种固态激光装置，其中由基于GaN的激光二极管对掺杂Pr³⁺的晶体进行光学泵浦。该文献提出不同的掺杂Pr³⁺的晶体以从Pr³⁺获得若干可见波长的激光发射。示例性实施例基于掺杂Pr³⁺的LiYF₄(YLF)晶体。在这个文献中列举的基质材料中仅有一 种-Y₃Al₅O₁₂晶体(YAG)是立方晶体。 

然而，Cheung等人在Physical Review B、第49卷、第21期、第14827-14835页的“Excited-state absorption in Pr³⁺:Y₃Al₅O₁₂”中论证了从³P₀能级的受激态吸收排除了在可见光和近紫外光谱区中将Pr³⁺:YAG用作固态激光晶体的可能性。 

众所周知，置于晶体基质材料中的稀土离子表现出狭窄的光谱吸收线。图1示出了Pr³⁺:LiYF₄在室温下对于相对于晶轴的两个不同偏振的吸收线的示例。另一方面，基于GaN的激光二极管的发射呈现与激光二极管的温度以及二极管电流有关的波长偏移。此外，制作工艺产生不同的发射波长，其峰值居中于440和450nm之间。商业上可用的基于GaN的激光二极管对于不同二极管电流和固定激光二极管基板温度25℃下的激光发射的光谱偏移的测量结果表明：对于二极管电流从200mA变化到500mA，最大发射的波长改变了大约2nm。这对应于从110mW到480mW的输出功率变化。对于固定二极管电流和20与30℃之间的激光二极管基板温度变化下的光谱偏移大约为，对于10℃而言是0.5nm。这个基于GaN的激光二极管的发射波长在443.7nm和446.5nm之间变化，其中443.7nm对应20℃和110mA(刚好大于激光二极管的阈值)的二极管电流，而446.5nm对应30℃和500mA(这个激光二极管的最大规定电流)的二极管电流。由于增益介质的狭窄光谱吸收线以及基于GaN的激光二极管的最大发射的温度与电流相关性，相应的固态激光装置表现出很强的温度敏感性。这使得很难借助于基于GaN的激光二极管来有效且稳定地光学激发掺杂Pr³⁺的基质材料。 

发明内容

本发明的一个目的是提供一种温度敏感性降低的固态激光装置，所述固态激光器包括由基于GaN的泵浦激光器光学泵浦的固态增益介质。 

这个目的是利用根据权利要求1的固态激光装置来实现的。这个固态激光装置的有利实施例是从属权利要求的主题或者在说明书的后续部分中加以描述。