[发明专利]V型谐振腔及基于V型谐振腔的激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术。

背景技术

全固态激光器可通过腔内倍频实现红、绿、蓝等激光输出。高功率、小型化的全固态蓝绿激光器在海洋探测、水下通信等军事领域或者医学方面具有重要应用。蓝绿激光通过进一步倍频可实现紫外甚至深紫外的激光输出。紫外激光主要应用于先进研究、开发和工业制造装备。基于Nd:YAG/Nd:YVO₄晶体开发的紫外激光器(DPSS)更是微加工系统的绝佳选择。

常用的全固态倍频激光器往往采用的都是直线腔，在倍频过程中，二次谐波会经过增益介质，增大增益介质的热效应，影响激光器输出光束的稳定性及输出功率，为了减小增益介质的热效应，通常增益介质采用TEC制冷，增益介质采用TEC制冷时不可避免的要引入复杂的制冷电路系统，从而使装置结构复杂。

外腔面发射半导体激光器属于面发射激光器中的一种，是半导体激光技术中的新型器件。与边发射半导体激光器相比，垂直外腔面发射半导体激光器的发散角小，不需要对输出光束进行整形，与传统的固体激光器相比又有体积小、转换效率高等优点。这些特点使外腔面发射半导体激光器在激光显示、激光通信、材料加工、医疗及国防等领域具有广泛的应用前景。但是传统的外腔面发射半导体激光器的谐振腔是由外腔反射镜和半导体分布布拉格光栅组成的直线腔。采用此种谐振腔，对谐振腔内行进的光线具有散射作用，从而会增加器件的激射阈值，降低器件的效率和输出功率。同时传统的直腔的泵浦光线和谐振腔成一定的角度，这样的激励方式不利于有源层的吸收，反而会增加激光器的泵浦阈值，影响激光器的输出功率及其稳定性。

发明内容

本发明是为了解决外腔面发射半导体激光器中直线谐振腔对腔内行进的光线具有散射作用，导致器件的激射阈值增加，器件的效率和输出功率降低，同时泵浦光线和谐振腔成一定的角度，这样的激励方式不利于有源层的吸收，反而会增加激光器的泵浦阈值，影响激光器的输出功率及其稳定性，及全固态倍频激光器采用直线腔倍频会影响激光器输出光束的稳定性及输出功率的问题，从而提供V型谐振腔及基于V型谐振腔的激光器。

V型谐振腔，它包括：一号反射镜、二号反射镜和输出耦合镜；

激光在一号反射镜、二号反射镜和输出耦合镜之间传输，传播路径是“V”型。

上述一号反射镜放置于“V”型的转折处。

上述输出耦合镜放置于“V”型的转折处。

上述输出耦合镜为凹面镜。

第一种基于V型谐振腔的激光器它包括：泵浦光源、一号聚焦透镜、增益介质和V型谐振腔；

泵浦光源发出的泵浦光经一号聚焦透镜聚焦到增益介质的一端，从增益介质的另一端出射的激光入射到一号反射镜，一号反射镜将激光反射到二号反射镜，激光在所述的V型谐振腔内产生谐振。

上述一号反射镜为布拉格反射镜。

上述增益介质由半导体材料组成。

上述一号聚焦透镜为非球透镜。

第二种基于V型谐振腔的激光器，它包括：激光二极管、二号聚焦透镜、增益介质、输出耦合镜、倍频晶体和二号反射镜；

增益介质在泵浦光入射方向的前端面镀全反射膜，该全反射膜构成一号反射镜，激光二极管发出的泵浦光经二号聚焦透镜聚焦到增益介质的前端面，激光器产生的基频光在所述V型谐振腔内振荡，倍频晶体位于二号反射镜与输出耦合镜之间的光路上，输出耦合镜对泵浦光和基频光均高反，输出耦合镜对倍频光的透过率大于0。

上述倍频晶体的中心与基频光束的束腰位置重合。

本发明所述的V型谐振腔，可以通过控制谐振腔的长度和输出耦合镜的尺寸限定谐振腔内的模式数量，通过改变输出耦合镜的曲率半径来改变谐振腔内部束腰的位置，避免了直线谐振腔中谐振腔对腔内行进的光线的散射，此谐振腔可以实现垂直的泵浦方式，这种泵浦方式有利于有源层的吸收，“V”型的角度可变，根据激光器的输出功率及稳定性可以选择最优的“V”型角度。

本发明所述的第一种基于V型谐振腔的激光器为外腔半导体激光器，聚焦透镜为非球透镜，增益介质由半导体材料组成，一号反射镜、二号反射镜和输出耦合镜组成了激光器的V型谐振腔。泵浦光源发出的光经聚焦透镜入射到工作物质上，被工作物质吸收并产生光生载流子，光生载流子经过辐射复合后发光，产生光子，光子产生谐振，当激光的强度超过阈值后，由输出耦合镜输出激光。在本激光器的谐振腔内实现了垂直的泵浦方式，这种泵浦方式有利于有源层的吸收，降低了在谐振腔内部行进光束的散射作用，进而降低激光器件阈值，能够提高激光器的输出功率及稳定性。