[发明专利]后端泵浦式小型化的可见光波长范围面发射半导体激光器

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种后端泵浦式小型化的可见光波长范围面发射半导体激光器，属于半导体激光器领域，涉及半导体激光器中的面发射激光器技术，该类激光器具有光束质量优良的特点。本发明还涉及到非线性频率变换，具体涉及腔内倍频技术。

背景技术

因为人眼及大多数探测仪器都对可见光波段产生反应，所以可见光激光器是用途最为广泛的激光器之一。

现有的可见光激光器有气体、固体及半导体可见光激光器。气体的可见光激光器如氦氖红光激光器，其波长单一，功率很小，电路复杂，还涉及高压部分，使用多有不便。固体的可见光激光器为倍频激光器，如倍频Nd:YAG绿光激光器，它的波长也很单一，而且激光器中存在很强的绿噪声，稳定性不够理想。半导体可见光激光器中，直接发射的半导体可见光激光器如半导体蓝光激光器和半导体绿光激光器，都存在增益芯片外延生长工艺复杂，激光发射稳定性较差，以及激光光束质量很差等缺点，使其应用受到影响。

半导体面发射激光器具有光束质量优良的特点，而且近红外波段的半导体材料外延生长技术较为成熟，所以利用近红外的半导体面发射激光器，通过腔内倍频，能够获得可见光。有因为良好的光束质量及腔内倍频都有利于提高倍频转换效率，所以腔内倍频的半导体面发射可见光激光器也能够产生较高的输出功率。

现有的外腔面发射激光器都是采用前端泵浦，泵浦光学系统和其它光学元件同处一侧，各元件的位置摆放极不方便，使激光器无法做到小型化，其机械稳定性也很差。由于前端泵浦时泵浦光有一定倾角，它带来的另一缺点是泵浦光斑为椭圆形，使得泵浦的均匀性表差，会影响激光器的光束质量。已有的前端泵浦外腔面发射激光器在通过倍频获得可见光时，还存在两个极其严重的问题：一是由于泵浦光学系统会占据一定位置，所以非线性晶体不能靠近增益芯片摆放，使得非线性晶体上的基频光的光斑较大，降低了倍频过程中基频红外光想倍频可见光转换的效率；二是倍频过程中产生的可见光的一部分会返回到增益芯片，被增益芯片吸收，如此一来，既增大了可见光的损耗，降低了可见光的输出功率，同时还会在增益芯片中产生多余的热量，使增益芯片温度上升，加剧了增益芯片的热效应，进一步降低可见光的输出功率。如果要避免上述两个问题，可以在倍频激光器中使用折叠腔，但折叠腔所带来的新的问题是：光腔变得复杂，折叠角还会在激光谐振腔中引入色散，使倍频输出的可见光的光束质量变差。

为解决以上问题，本发明提出一种后端泵浦的小型化可见光面发射激光器，把泵浦光和其它光学元件分别置于半导体增益芯片的两侧，充分利用空间，使器件整体小型化，且增加器件稳定性，同时降低增益芯片的发热量，提高输出激光的光束质量及输出功率。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供后端泵浦的小型化可见光面发射激光器，能够节约空间，能使器件小型化，且增加器件的机械稳定性；同时降低增益芯片的发热量，提高激光器的输出功率，同时保证激光器输出的激光光束质量良好。

本发明的后端泵浦式小型化的可见光波长范围面发射半导体激光器，沿激光器光轴的方向从后到前依次包括泵浦光源、准直聚焦透镜组、带通光孔的热沉、半导体增益芯片、反射平片、非线性晶体和耦合输出镜。

进一步，所述泵浦光源、准直聚焦透镜组、带通光孔的热沉、半导体增益芯片、反射平片、非线性晶体和耦合输出镜均排列在同一条中心轴线上，该中心轴线同时为激光谐振腔的光轴。

进一步，所述带通光孔的热沉上的通光孔为圆锥台结构；此圆锥台结构在靠近增益芯片一端圆孔小，在靠近泵浦激光一端圆孔大。

进一步，所述半导体增益芯片从后到前依次包括对泵浦光高具有透过率而对基频红外激光具有高反射率的第一反射膜和用于产生基频红外激光的有源区层。

进一步，所述反射平片包括平片本体和设置有平片本体侧面的对基频激光具有高透过率且对倍频可见光具有高反射率的第二反射膜。

进一步，所述非线性晶体的两通光端面均设置有利于基频红外激光和倍频可见光透过的通光膜。

进一步，所述耦合输出镜为平凹镜，平凹镜的凹面镀有对基频红外激光具有高反射率和对倍频可见光具有高透过率的第四反射膜，平凹镜的平面镀有具有对倍频可见光高透过率的第五反射膜。

进一步，所述第一反射膜由高折射率层和低折射率层两种介质交替生长而成，该两种介质对泵浦光都透明且两种介质的光学厚度均为基频红外光波长的四分之一。