一种带温度控制的全固态固体激光器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种带温度控制的全固态激光器装置，包括：DFB激光器；AlN基板，其一侧紧贴着所述DFB激光器的全反射面；测温电阻，其粘贴在AlN基板上；增益介质，其一端与DFB激光器邻近设置，另一端与铜垫圈连接；调Q晶体，其一端和铜垫圈连接，另一端和反射镜连接；反射镜，其反射面和调Q晶体的另一端连接；上述部件通过外包一个具有通孔的铜圆柱固定在激光器底座上；其中，所述AlN基板内部设置有加热部件，通过一温度控制模块控制所述加热部件的加热功率本发明利用DFB激光器的波长稳定性和YVO4晶体的宽吸收范围特性，同时对泵浦激光器进行温度控制，可以大大扩宽全固态固体激光器的工作温度范围。
【专利说明】
一种带温度控制的全固态固体激光器
技术领域
[0001]本发明涉及半导体激光器栗浦的全固态激光器领域，尤其是一种工作温度范围宽的全固态激光器，可应用于激光测距，激光加工等领域。
【背景技术】
[0002]半导体激光器栗浦的全固态激光器因其具有窄脉宽，高峰值功率而广泛应用于激光测距、激光加工等领域。半导体栗浦的全固态激光器一般由栗浦源、增益介质、可饱和吸收体和反射镜组成。其中用于栗浦的半导体激光器出射波长会随着温度的变化而变化，温度漂移系数为0.3nm/°C。用于吸收栗浦激光，产生谐振激光的增益介质对不同波长的激光吸收系数变化很大。传统的YAG激光器的吸收峰只有2-3nm。综合上面两个因素导致传统的YAG激光器的工作温度范围只有十来度的宽度。这大大限制了其的使用环境。
【发明内容】
[0003]针对现有技术的不足，本发明的主要目的在于提供一种能在全温区(-45°C-60°C)范围工作的小型化的全固态激光器。这种新型的全固态激光器不需要庞大的水冷系统，能够适应多种环境。
[0004]为了达到上述目的，本发明提供了一种带温度控制的全固态激光器装置，其特征在于，该装置包括:
[0005]DFB 激光器；
[0006]AlN基板，其一侧紧贴着所述DFB激光器的全反射面；
[0007]测温电阻，其粘贴在AlN基板上，和所述DFB激光器位于同一侧，且邻近设置;通过AlN基板上的电极与外电路连接，其用于测量激光器管芯温度；
[0008]增益介质，其一端与DFB激光器邻近设置，另一端与铜垫圈连接；
[0009]调Q晶体，其一端和铜垫圈连接，另一端和反射镜连接；
[0010]反射镜，其反射面和调Q晶体的另一端连接；
[0011]上述部件通过外包一个具有通孔的铜圆柱固定在激光器底座上；
[0012]其中，所述AlN基板内部设置有加热部件，通过一温度控制模块控制所述加热部件的加热功率。
[0013]本发明首先选用在高温区出射波长刚好落在YVO4吸收峰范围内的DFB半导体激光器进行栗浦，这样我们就不需要在高温区给半导体激光器进行制冷。当温度低于整个固体激光器的最低正常工作温度，我们的加热系统能够给半导体激光器进行加热，提高半导体激光器的管芯温度，使得半导体激光器出射波长跟YVO4吸收峰匹配。
[0014]本发明利用DFB激光器的波长稳定性和YVO4晶体的宽吸收范围特性，同时对栗浦激光器进行温度控制，可以大大扩宽全固态固体激光器的工作温度范围。
[0015]从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0016]1、本发明使用了输出波长稳定的DFB激光器进行栗浦，能有效稳定栗浦波长。
[0017]2、本发明在贴近半导体激光器管芯的位置放置测温电阻，测量精度高，响应速度快。
[0018]3、本发明在贴近半导体激光器管芯的位置内置加热钨丝来加热，加热效率高，响应速度快。
[0019]4、本发明采用吸收带宽宽的增益介质，能够吸收的波长范围宽。
[0020]5、本发明所有元件都使用紧密贴近来保持平行性，可以大大缩小整个装置的体积。
【附图说明】
[0021]图1为本发明中整个固体激光器装置的示意图。
[0022]图2为本发明中固定晶体用的管壳剖面图。
[0023]图3为本发明中固定晶体用的管壳俯视图。
[0024]图4为本发明中AlN基板内部钨丝加热布线图。
[0025]图5为本发明中DFB激光器温度漂移图。
【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明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0027]本发明提出的这种全固态激光器装置，采用的栗浦半导体激光器是DFB结构的，能够有效稳定栗浦波长。在贴近半导体激光器管芯的位置放置测温电阻和加热用钨丝，可以大大提高测温精度和响应速度。采用YVO4晶体作为增益介质能够吸收更宽的栗浦光。
[0028]图1是本发明提出的带温度控制的固体激光器装置的管芯结构示意图。如图1所示，所述带温度控制的全固态激光器装置包括:
[0029]用于栗浦的DFB激光器B，DFB激光器通过AlN基板A与铜热沉连接；
[0030]AlN基板A，其一侧紧贴着所述DFB激光器B的全反射面；
[0031]测温电阻C，其粘贴在AlN基板上，和所述DFB激光器位于同一侧，且邻近设置;通过AlN基板上的电极与外电路连接，其用于测量激光器管芯温度；
[0032]增益介质D，在一实施例中，其采用吸收带宽为795-805nm的掺Nd3+的YV04晶体。增益介质D的一端放置在距离DFB激光器B的出光面10-40μπι处，另一端使用环氧树脂粘在铜垫圈E的一面上；
[0033]调Q晶体F，其一端和铜垫圈E的另一面连接，另一端和反射镜G连接，用于调整激光器的内部损耗。所述增益介质D与所述调Q晶体F之间通过铜垫圈E分离设置，便于在实验过程中更换不同小信号透过率的调Q晶体和调整增益介质YVO4的角度。
[0034]反射镜G，其反射面和调Q晶体F的另一端紧贴，另一端通过通孔铜板压紧以保证晶体之间的平行度。
[0035]上述部件通过外包一个通孔铜圆柱固定，并通过螺钉与半导体激光器底座固定。
[0036]—个用于调节加热功率的温度控制模块，位于外电路模块中。
[0037]其中，所述AlN基板内部布设有蛇形走线的用于加热的钨丝，用于加热所述AlN基板，进而加热激光器管芯，以提高激光器管芯的温度，控制激光器输出光的波长。
[0038]本发明中通过激光器管芯内部刻光栅做成DFB结构，以降低半导体激光器随温度漂移。DFB激光器的出射波长主要由光栅尺寸和折射率决定，其所带来的温度漂移要远低于半导体激光器禁带宽度所带来的变化。
[0039]本发明通过通过选用带宽宽的YVO4激质晶体作为增益介质，相比传统的YAG激质晶体可以大大扩宽栗浦半导体激光器的输出波长范围。
[0040]本发明还通过采用一个铜环(铜垫圈E)将增益介质和调Q晶体分离，便于在实验过程中更换不同小信号透过率的调Q晶体和调整增益介质YVO4的角度。
[0041]本发明中在激光器管芯附近加入AlN基板，并在AlN陶瓷基板内部布蛇形钨丝来实现加热，可以大大提高加热效率，同时保持整个结构的小型化。
[0042]本发明中的温度控制模块通过测量测温电阻C的变化，探测激光器管芯的温度，根据探测温度与目标温度的差值改变加热钨丝上的电流占空比来改变激光器管芯的温度。
[0043]图2是本发明中全固态激光器通孔圆柱俯视图，用于固定增益介质晶体、铜环和输出腔片。通过螺钉与半导体激光器的管座相连。A是放置晶体时排出圆柱内部通孔内空气用的排气槽，B是固定用的螺纹孔。
[0044]图3是本发明中全固态激光器的管壳剖面示意图。A、B、C、D、E、F、G分别为示意图中相应晶体或铜垫圈的放置位置。
[0045]图4是本发明中AlN基板中加热钨丝的布线方式，本发明中通过蛇形绕线的方式可以最大程度的利用AlN基板内部的空间，最大限度的提高加热效率。
[0046]图5是本发明中DFB激光器的温度漂移曲线，可以看出比普通的半导体激光器温度漂移系数降低了一个数量级。
[0047]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种带温度控制的全固态激光器装置，其特征在于，该装置包括: DFB激光器； AlN基板，其一侧紧贴着所述DFB激光器的全反射面； 测温电阻，其粘贴在AlN基板上，和所述DFB激光器位于同一侧，且邻近设置;通过AlN基板上的电极与外电路连接，其用于测量激光器管芯温度； 增益介质，其一端与DFB激光器邻近设置，另一端与铜垫圈连接； 调Q晶体，其一端和铜垫圈连接，另一端和反射镜连接； 反射镜，其反射面和调Q晶体的另一端连接； 上述部件通过外包一个具有通孔的铜圆柱固定在激光器底座上； 其中，所述AlN基板内部设置有加热部件，通过一温度控制模块控制所述加热部件的加热功率。2.根据权利要求1所述的带温度控制的全固态激光器装置，其特征是:所述增益介质为YV04激质晶体。3.根据权利要求2所述的带温度控制的全固态激光器装置，其特征是:所述增益介质的一端放置在距离DFB激光器的出光面10-40μπι处。4.根据权利要求2所述的带温度控制的全固态激光器装置，其特征是:所述增益介质通过环氧树脂粘在铜垫圈一面，调Q晶体紧密贴近铜垫圈另一面。5.根据权利要求1所述的带温度控制的全固态激光器装置，其特征是:所述加热部件为布设在AlN基板内部的蛇形钨丝。6.据权利要求1所述的带温度控制的全固态激光器装置，其特征是:所述温度控制模块通过测量测温电阻的变化，探测激光器管芯的温度，根据探测温度与目标温度的差值改变加热部件上的电流占空比来改变钨丝的加热功率进而改变激光器管芯的温度。
【文档编号】H01S3/042GK105870766SQ201610229356
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月14日
【发明人】罗小贤, 赵柏秦
【申请人】中国科学院半导体研究所