波长转换激光元件及激光器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种波长转换激光元件及激光器，属于激光光源领域。该波长转换激光元件包括：倍频晶体，该倍频晶体中包括多个极化区域，每个极化区域包括多个光栅周期，且极化区域与极化区域之间无空白区域。激光器包括：波长转换激光元件，该波长转换激光元件包括倍频晶体，该倍频晶体中包括多个极化区域，每个极化区域包括多个光栅周期，且极化区域与极化区域之间无空白区域。由于不同光栅周期对应不同匹配温度，本发明中波长转换激光元件的倍频晶体的每个极化区域包括多个光栅周期，且极化区域之间无空白区域，因而可在不增加倍频晶体长度的前提下，实现宽温度带宽结构的波长转换元件，降低了实现波长转换的复杂度，提高了波长转换的转换效率。
【专利说明】波长转换激光元件及激光器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及激光光源领域，特别涉及一种波长转换激光元件及激光器。
【背景技术】
[0002] 激光光源凭借其单色性好、方向性强和光亮度高的特点在工农业生成和科学技术 的各个领域中得到了广泛的应用。基于波长转换元件的波长转换激光器由于可以改变通过 其波长转换元件的光源(基频光）波长得到其它光源(倍频光)，成为利用现有光源得到其它 光源的方法之一。由于连续改变波长转换激光器的温度均可以产生倍频光，所以，在实际应 用中希望可以增大波长转换元件的温度带宽，以提高波长转换效率。因此，如何实现宽温度 带宽结构的波长转换元件，是提高波长转换激光器转换效率的关键。
[0003] 目前，可以在波长转换元件中倍频晶体的纵方向制作多个光栅周期或者制作多个 扇形周期，每个光栅周期对应一个温度带宽，利用机械元件调节基频光入射到纵方向的相 应位置，实现增大温度带宽的目的；也可以在波长转换元件中倍频晶体的纵方向上制作多 个独立的由多个相同光栅周期组成的极化区域，极化区域与极化区域之间具有一个空白区 域，每个极化区域对应一个温度带宽，以多个温度带宽叠加作为非线性光学晶体的温度带 宽，实现增大温度带宽的目的。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下缺点：
[0005] 对于制作多个光栅周期或者制作多个扇形周期的方法，为了实现增大温度带宽的 目的，需要先确定基频光入射到纵方向的准确位置，再利用机械元件调节基频光入射到纵 方向的相应位置，增加了实现波长转换激光器的复杂度；对于在倍频晶体的纵方向上制作 多个独立的极化区域的方法，由于极化区域与极化区域之间具有一个空白区域，因此，导致 倍频晶体的长度增加，从而增加基频光在波长转换中的吸收损耗，降低波长转换效率。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种波长转换激光元件及激光 器。所述技术方案如下：
[0007] -种波长转换激光元件，所述波长转换激光元件包括倍频晶体；
[0008] 所述倍频晶体中包括多个极化区域，每个极化区域包括多个光栅周期，且极化区 域与极化区域之间无空白区域。
[0009] 优选地，各个极化区域具有相同的光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周 期按照相同顺序无间隙排列。
[0010] 可选地，各个极化区域具有相同的光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周 期按照不同顺序无间隙排列。
[0011] 优选地，所述每个极化区域中多个光栅周期的长度不同。
[0012] 一种激光器，所述激光器包括波长转换激光元件；
[0013] 所述波长转换激光元件包括倍频晶体，所述倍频晶体中包括多个极化区域，每个 极化区域包括多个光栅周期，且极化区域与极化区域之间无空白区域。
[0014] 优选地，所述波长转换元件包括的倍频晶体中的各个极化区域具有相同的光栅周 期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照相同顺序无间隙排列。
[0015] 可选地，所述波长转换元件包括的倍频晶体中的各个极化区域具有相同的光栅周 期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照不同顺序无间隙排列。
[0016] 优选地，所述倍频晶体的每个极化区域中多个光栅周期的长度不同。
[0017] 优选地，所述激光器为绿光激光器或蓝光激光器或红光激光器；
[0018] 所述波长转换激光元件包括的倍频晶体为周期极化铌酸锂PPLN晶体、掺镁PPLN 晶体、周期极化钽酸锂PPLT晶体、掺镁PPLT晶体、周期极化近化学计量比铌酸锂PPSLN晶 体、掺镁PPSLN晶体、周期极化近化学计量比钽酸锂PPSLT晶体以及掺镁PPSLT晶体中的一 种。
[0019] 优选地，如果所述激光器为绿光激光器，所述倍频晶体为PPLN晶体，则所述PPLN 晶体的光栅周期范围设定在6. 9至7. 0微米之间，所述PPLN晶体的长度为1至3毫米。
[0020] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0021] 波长转换激光元件的倍频晶体的每个极化区域包括多个光栅周期，且极化区域之 间无空白区域，因而可在不增加倍频晶体长度的前提下，实现宽温度带宽结构的波长转换 元件，降低了实现波长转换的复杂度，提高了波长转换的转换效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它 的附图。
[0023] 图1是本发明实施例一提供的一种波长转换激光元件的结构示意图；
[0024] 图2是本发明实施例一提供的一种极化区域的结构示意示意图；
[0025] 图3是本发明实施例一提供的一种光栅周期排列的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方 式作进一步地详细描述。
[0027] 实施例一
[0028] 参见图1，本实施例提供了一种波长转换激光元件，包括倍频晶体101，该倍频晶 体101中包括多个极化区域102,每个极化区域102包括多个光栅周期103,且极化区域102 与极化区域102之间无空白区域。
[0029] 本实施例涉及的波长转换激光元件中的倍频晶体101是一种用于倍频效应的一 类非线性光学晶体，且具有非线性系数大、晶体长度短、转换效率高、易大批量制造等优点。 该倍频晶体101采用通过在倍频晶体101中形成自发极化方向交替变化的光栅，将其产生 的附加动量矢量引入到非线性频率变换过程的动量守恒关系中实现相位匹配的准相位匹 配技术，使所有互作用的光波都沿相同方向偏振，并利用倍频晶体101的非线性系数中的 最大值实现能量转换。
[0030] 本实施例涉及的波长转换激光元件中倍频晶体101的极化区域102与极化区域 102之间无空白区域，保证了倍频晶体101的吸收散射损耗不会发生改变，从而保证了倍频 晶体101的转换效率。
[0031] 本实施例中，波长转换激光元件中的每个极化区域102包括的多个光栅周期103 的长度不同。例如，极化区域102包括图2所示的Λ 1、Λ2和Λ3的3个光栅周期，其光栅 周期的长度分别为6. 95 μ m (微米)、6. 96 μ m和6. 97 μ m。
[0032] 本实施例涉及的波长转换激光元件中极化区域102包括的多个光栅周期103之间 无空白区域，且包括的光栅周期103数量为3-5个，除此之外，还可以为其它数量，本实施例 不作具体限定。
[0033] 本实施例涉及的波长转换激光元件中极化区域102包括的多个光栅周期103的长 度不同，而不同长度的光栅周期103对应不同的最佳匹配温度，因此，多个长度的光栅周期 可以形成多个温度带宽的叠加，多个温度带宽的叠加形成宽温度带宽，从而增大了倍频晶 体101的温度带宽。以图2中Λ1的温度范围为30°C (摄氏度)?40°C，Λ2的温度范围为 25°C?35°C，Λ3的温度范围为20°C?30°C为例，该倍频晶体的温度带宽为20°C?40°C。 除此之外，波长转换激光元件中极化区域102包括的多个光栅周期的长度也可以相同，从 而形成单一温度带宽的倍频晶体101，对此本实施例不作具体限定。
[0034] 本实施例涉及的波长转换激光元件中极化区域102包括的多个不同光栅周期103 的长度相近，使得极化区域102最佳匹配温度变化小，从而减少了倍频晶体101转换效率变 化。因而该倍频晶体101在温度带宽增大的同时，保证了最佳的转换效率。仍以图2中Λ1 的温度范围为301：(摄氏度）?401：，人2的温度范围为251：?351：，人3的温度范围为 20°C?30°C为例，该倍频晶体在温度范围20°C?40°C内均可以实现最佳的转换效率。
[0035] 本实施例涉及的波长转换激光元件中极化区域102包括的多个光栅周期103的 长度相近，使得倍频晶体101的整体长度不变。例如，倍频晶体101的整体长度为1_ (毫 米）?3mm η
[0036] 本实施例中，波长转换激光元件中的各个极化区域102具有相同的光栅周期103， 且每个极化区域102包括的各个光栅周期103按照相同顺序无间隙排列或者每个极化区域 102包括的各个光栅周期103按照不同顺序无间隙排列。例如，极化区域102包括的各个光 栅周期103按照图3 (a)所示的相同的Λ 1Λ2Λ3顺序无间隙排列，或者极化区域102包 括的各个光栅周期103按照图3 (b)所示的不同的人1人2人3、人2人1人3、人1人3人2顺序 无间隙排列。当然，光栅周期103的排序方式还可以为其它方式，本实施例对此不作具体限 定。
[0037] 本实施例提供的波长转换激光元件，通过波长转换激光元件的倍频晶体的每个极 化区域包括多个光栅周期，且极化区域之间无空白区域，因而可在不增加倍频晶体长度的 前提下，实现宽温度带宽结构的波长转换元件，降低了实现波长转换的复杂度，提高了波长 转换的转换效率。
[0038] 实施例二
[0039] 本实施例提供了一种激光器，包括实施例一中提供的波长转换激光元件，波长转 换激光元件包括倍频晶体，该倍频晶体中包括多个极化区域，每个极化区域包括多个光栅 周期，且极化区域与极化区域之间无空白区域。
[0040] 本实施例中，激光器的波长转换激光元件包括的倍频晶体中的每个极化区域包括 的多个光栅周期的长度不同。但波长转换激光元件包括的倍频晶体中的各个极化区域具有 相同的光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照相同顺序无间隙排列，或者每 个极化区域包括的各个光栅周期按照不同顺序无间隙排列。
[0041] 本实施例涉及的激光器是发射激光的装置，该装置通过波长转换激光元件使输入 的基频光转变为输出的倍频光。
[0042] 本实施例中，激光器的波长转换元件包括的倍频晶体为PPLN (Periodically Poled Lithium Niobate，周期极化银酸锂）晶体、惨缓 PPLN 晶体、PPLT (Periodically Poled Lithium Tantalate，周期极化组酸锂）晶体、惨缓 PPLT 晶体、PPSLN (Periodically Poled Stoichiometric Lithium Niobate，周期极化近化学计量比银酸锂)晶体、惨缓PPSLN 晶体、PPSLT (Periodically Poled Stoichiometric Lithium Tantalate，周期极化近化学 计量比钽酸锂）晶体以及掺镁PPSLT晶体中的一种。除此之外，倍频晶体还可以为其它晶 体，对此本实施例不作具体限定。
[0043] 本实施例涉及的激光器的波长转换激光元件包括的倍频晶体中的每个极化区域 包括的多个光栅周期随着输入的基频光的不同而改变，但该多个光栅周期需要满足基频光 与倍频光的准相位匹配条件。以绿光激光器，倍频晶体为PPLN晶体为例，光栅周期范围设 定在6. 9 μ m?7. 0 μ m之间，PPLN晶体的长度为1mm?3mm。除此之外，本实施例中的激光 器还可以为蓝光激光器或红光激光器。对于蓝光激光器或红光激光器的光栅周期及晶体长 度可以根据其基频光与倍频光的准相位匹配条件设定为其它数值，本实施例对此不作具体 限定。
[0044] 本实施例提供的激光器，通过波长转换激光元件的倍频晶体的每个极化区域包括 多个光栅周期，且极化区域之间无空白区域，因而可在不增加倍频晶体长度的前提下，实现 宽温度带宽结构的波长转换元件，降低了实现波长转换的复杂度，提高了波长转换的转换 效率。
[〇〇45] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和 原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种波长转换激光元件，其特征在于，所述波长转换激光元件包括倍频晶体； 所述倍频晶体中包括多个极化区域，每个极化区域包括多个光栅周期，且极化区域与 极化区域之间无空白区域。
2. 根据权利要求1所述的波长转换激光元件，其特征在于，各个极化区域具有相同的 光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照相同顺序无间隙排列。
3. 根据权利要求1所述的波长转换激光元件，其特征在于，各个极化区域具有相同的 光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照不同顺序无间隙排列。
4. 根据权利要求2或3所述的波长转换激光元件，其特征在于，所述每个极化区域中多 个光栅周期的长度不同。
5. -种激光器，其特征在于，所述激光器包括波长转换激光元件； 所述波长转换激光元件包括倍频晶体，所述倍频晶体中包括多个极化区域，每个极化 区域包括多个光栅周期，且极化区域与极化区域之间无空白区域。
6. 根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述波长转换元件包括的倍频晶体中 的各个极化区域具有相同的光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照相同顺序 无间隙排列。
7. 根据权利要求5所述的激光器，其特征在于，所述波长转换元件包括的倍频晶体中 的各个极化区域具有相同的光栅周期，且每个极化区域包括的各个光栅周期按照不同顺序 无间隙排列。
8. 根据权利要求6或7所述的激光器，其特征在于，所述倍频晶体的每个极化区域中多 个光栅周期的长度不同。
9. 根据权利要求5至7中任一权利要求所述的激光器，其特征在于，所述激光器为绿光 激光器或蓝光激光器或红光激光器； 所述波长转换激光元件包括的倍频晶体为周期极化铌酸锂PPLN晶体、掺镁PPLN晶体、 周期极化钽酸锂PPLT晶体、掺镁PPLT晶体、周期极化近化学计量比铌酸锂PPSLN晶体、掺 镁PPSLN晶体、周期极化近化学计量比钽酸锂PPSLT晶体以及掺镁PPSLT晶体中的一种。
10. 根据权利要求9所述的激光器，其特征在于，如果所述激光器为绿光激光器，所述 倍频晶体为PPLN晶体，则所述PPLN晶体的光栅周期范围设定在6. 9至7. 0微米之间，所述 PPLN晶体的长度为1至3毫米。
【文档编号】H01S5/06GK104112977SQ201310131731
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月16日 优先权日:2013年4月16日
【发明者】颜博霞, 王栋栋, 毕勇 申请人:北京中视中科光电技术有限公司