窄线宽大功率外腔激光器的制造方法
【专利摘要】一种窄线宽大功率外腔激光器，在箱体两侧壁加工有出光孔，箱体底部中间设光放大芯片，箱体底部光放大芯片左侧光出射方向设第二准直镜，箱体的底部第二准直镜左侧光出射方向设衍射光栅，箱体底部左端设压电换能器，压电换能器右端面上设全反射镜，箱体底部光放大芯片右侧光出射方向设第一准直镜，箱体底部第一准直镜右侧光出射方向设柱透镜，箱体的顶部设顶盖。由于本发明采用了光放大芯片产生激光并进行放大，将激光放大系统和激光器系统相组合，大大缩小了产生大功率激光所用系统的体积，提高了激光器的可靠性和稳定性，降低了激光器的产品成本。本发明可在原子冷却、远距离光信息传输等【技术领域】中应用。
【专利说明】窄线宽大功率外腔激光器
【技术领域】
[0001]本发明属于激光器【技术领域】，具体涉及到一种光放大芯片激光器装置。
【背景技术】
[0002]激光器在量子频标、原子物理、基础物理及生物医学等领域均具有广泛应用。特别就在远距离光纤通讯及原子的激光冷却与陷俘及喷泉钟等领域的研究中均要求激光器能输出功率大且中心频率稳定的激光，这就要求激光器不仅能产生大功率激光并且有较好的稳定性和可靠性。
[0003]传统激光器，输出的激光功率低，只能先通过激光器,产生小功率的激光,再通过光放大器系统实现激光功率的放大，这就要求将激光器系统与光放大系统配合使用，这在无形中就增加光学元器件的使用数量，不仅提高了系统成本，而且增加了系统的复杂性以及操作人员的工作量，在一定程度上降低了系统可靠性及稳定性。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于克服上述激光器的缺点，提供一种小型化、成本低、可靠性好的窄线宽大功率外腔激光器。
[0005]解决上述技术问题所采用的技术方案是:在箱体左右两侧壁上加工有出光孔，箱体底部中间设置有光放大芯片，箱体底部光放大芯片左侧光出射方向设置有第二准直镜，箱体的底部第二准直镜左侧光出射方向设置有衍射光栅，箱体底部左端设置有压电换能器，压电换能器右端面上设置有全反射镜，箱体底部光放大芯片右侧光出射方向设置有第一准直镜，箱体底部第一准直镜右侧光出射方向设置有柱透镜，箱体的顶部设置有顶盖。
[0006]本发明的第一准直镜和第二准直镜为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为3?6_，双凸透镜的镜面上真空蒸镀12?18层二氧化锆或二氧化硅增透膜。本发明的衍射光栅是:带宽为100GHz、刻线密度为400?6001/mm或透过率为85%?95%。本发明的压电换能器的相对介电常数为1600，机械品质因数为80，机电耦合系数0.35，压电应变常数300。本发明的全反射镜为平面镜，全反射镜的镜面上真空交替蒸镀有2?8层三氧化二铝和二氧化硅全反膜。本发明的柱透镜为平凸镜，平凸镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径为14?18mm，柱透镜的镜面上真空蒸镀10?16层二氧化锆或二氧化硅增透膜。
[0007]本发明的第一准直镜和第二准直镜为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径最佳为4.5_，双凸透镜的镜面上真空蒸镀最佳14层二氧化锆或二氧化硅增透膜。本发明的衍射光栅是:带宽为100GHz、刻线密度最佳为5001/mm或透过率为90%，本发明的压电换能器的相对介电常数为1600，机械品质因数为80，机电耦合系数0.35，压电应变常数300。本发明的全反射镜为平面镜，全反射镜的镜面上真空交替蒸镀最佳有4层三氧化二铝和二氧化硅全反膜。本发明的柱透镜为平凸镜，平凸镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径最佳为15_，柱透镜的镜面上最佳真空蒸镀14层二氧化锆或二氧化硅增透膜。
[0008]本发明的第一准直镜和第二准直镜为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径相同，双凸透镜的镜面上真空蒸镀12?18层二氧化锆或二氧化硅增透膜。
[0009]本发明的第一准直镜和第二准直镜为双凸透镜，第二准直镜的左凸面和右凸面的曲率半径以及所镀增透膜的材料和层数与第一准直镜相同。
[0010]由于本发明采用了光放大芯片产生激光并进行放大，将激光放大系统和激光器系统相组合，大大缩小了产生大功率激光所用系统的体积，提高了激光器的可靠性和稳定性，降低了激光器的产品成本。本发明具有结构简单、体积小，产品成本低、可靠性和稳定性好等优点，可在原子冷却、远距离光信息传输等【技术领域】中应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
[0013]实施例1
[0014]在图1中，本实施例的窄线宽大功率外腔激光器由柱透镜1、第一准直镜2、光放大芯片3、第二准直镜4、衍射光栅5、全反射镜6、压电换能器7、顶盖8、箱体9联接构成。
[0015]在箱体9的左右两侧壁上加工有出光孔，箱体9的底部中心位置用螺纹紧固联接件固定联接安装有光放大芯片3，光放大芯片3为市场上销售的商品，型号为EYP-TPA-0850-00500-3006-cmt03-000,由德国EAGLEYARD公司生产，光放大芯片3产生中心波长为850nm的激光作为种子光，在箱体9的底部光放大芯片3的左侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有第二准直镜4，第二准直镜4为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为4.5mm，第二准直镜4的镜面上真空蒸镀14层二氧化锆增透膜。在箱体9的底部第二准直镜4的左侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有衍射光栅5，衍射光栅5带宽为100GHz、刻线密度为5001/mm或透过率为90%。在箱体9的底部左端用螺纹紧固连接件固定安装有压电换能器7，压电换能器7的相对介电常数为1600，机械品质因数为80，机电耦合系数0.35，压电应变常数300。压电换能器7用于产生轴向形变，压电换能器7的右端面上用胶粘接有全反射镜6，全反射镜6为平面镜，全反射镜6的镜面上真空交替蒸镀有4层三氧化二铝和二氧化硅全反膜。光放大芯片3与电源接通产生激光，做为种子光，种子光由光放大芯片3左端出射，经第二准直镜4整形成截面为椭圆形的光束，入射到衍射光栅5,通过改变衍射光栅5的角度来对种子光进行选模。选模后的种子光入射到全反射镜6，全反射镜6与光放大芯片3左侧激光出射端面构成激光谐振外腔，得到窄线宽的激光。种子光经全反射镜6按原光路反射进入光放大芯片3进行放大。
[0016]在箱体9的底部光放大芯片3的右侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有第一准直镜2，第一准直镜2为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为4.5mm，第一准直镜2的镜面上真空蒸镀14层二氧化锆增透膜。在箱体9的底部第一准直镜2的右侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有柱透镜1，柱透镜I为平凸透镜，平凸透镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径为15_，柱透镜I的镜面上真空蒸镀14层二氧化锆，制作柱透镜I的材料为N-BK7，箱体9的顶部用螺纹紧固联接件固定联接有顶盖8,顶盖8用硬招加工而成。
[0017]实施例2
[0018]在箱体9的底部光放大芯片3的左侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有第二准直镜4，第二准直镜4为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为3mm,第二准直镜4的镜面上真空蒸镀12层二氧化锆增透膜。在箱体9的底部第二准直镜4的左侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有衍射光栅5，衍射光栅5带宽为100GHz、刻线密度为4001/mm或透过率为85%。在压电换能器7的右端面上用胶粘接有全反射镜6，全反射镜6为平面镜，全反射镜6的镜面上真空交替蒸镀有2层三氧化二铝和二氧化硅全反膜。
[0019]在箱体9的底部光放大芯片3的右侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有第一准直镜2，第一准直镜2为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为4mm，第一准直镜2的镜面上真空蒸镀12层二氧化锆增透膜。在箱体9的底部第一准直镜2的右侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有柱透镜1，柱透镜I为平凸透镜，平凸透镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径为14，柱透镜I的镜面上真空蒸镀10层二氧化锆增透膜，
[0020]其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0021]实施例3
[0022]在箱体9的底部光放大芯片3的左侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有第二准直镜4，第二准直镜4为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为6mm,第二准直镜4的镜面上真空蒸镀18层二氧化锆增透膜。在箱体9的底部第二准直镜4的左侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有衍射光栅5，衍射光栅5带宽为100GHz、刻线密度为6001/mm或透过率为95%。在压电换能器7的右端面上用胶粘接有全反射镜6，全反射镜6为平面镜，全反射镜6的镜面上真空交替蒸镀有8层三氧化二铝和二氧化硅全反膜。
[0023]在箱体9的底部光放大芯片3的右侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有第一准直镜2，第一准直镜2为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为6mm，第一准直镜2的镜面上真空蒸镀18层二氧化锆增透膜。在箱体9的底部第一准直镜2的右侧光出射方向上用螺纹紧固连接件固定联接安装有柱透镜1，柱透镜I为平凸透镜，平凸透镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径为18_，柱透镜I的镜面上真空蒸镀16层二氧化锆增透膜，
[0024]其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0025]实施例4
[0026]在以上的实施例1?3中，在第一准直镜2和第二准直镜4的镜面上真空蒸镀的增透膜为二氧化硅，增透膜的层数与相应的实施例相同。在柱透镜I的镜面上真空蒸镀的增透膜为二氧化硅增透膜，真空蒸镀的层数与相应的实施例相同。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。
[0027]本发明的工作原理如下:
[0028]光放大芯片3与电源接通产生激光,做为种子光,种子光由光放大芯片3左端出射，经第二准直镜4整形成截面为椭圆形的光束，入射到衍射光栅5，通过改变衍射光栅5的角度来对种子光进行选模。选模后的种子光入射到全反射镜6,全反射镜6与光放大芯片3左侧激光出射端面构成激光谐振外腔，得到窄线宽的激光。种子光经全反射镜6按原光路反射进入光放大芯片3中进行放大。放大后的激光从光放大芯片3的右端出射，经第一准直镜2整形成截面为椭圆形的激光束，再经柱透镜I整形成截面为圆形的激光束，激光束从箱体9侧面的出射孔射出。
【权利要求】
1.一种窄线宽大功率外腔激光器，其特征在于:在箱体(9)左右两侧壁上加工有出光孔，箱体(9 )底部中间设置有光放大芯片(3 )，箱体(9 )底部光放大芯片(3 )左侧光出射方向设置有第二准直镜(4)，箱体(9)的底部第二准直镜(4)左侧光出射方向设置有衍射光栅(5)，箱体(9)底部左端设置有压电换能器(7)，压电换能器(7)右端面上设置有全反射镜(6 )，箱体(9 )底部光放大芯片(3 )右侧光出射方向设置有第一准直镜(2 )，箱体(9 )底部第一准直镜(2)右侧光出射方向设置有柱透镜(I)，箱体(9)的顶部设置有顶盖(8)。
2.根据权利要求1所述的窄线宽大功率外腔激光器，其特征在于:所述的第一准直镜(2)和第二准直镜(4)为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为3?6mm，双凸透镜的镜面上真空蒸镀12?18层二氧化锆或二氧化硅增透膜；所述的衍射光栅(5)是:带宽为100GHz、刻线密度为400?6001/mm或透过率为85%?95% ;所述的压电换能器(7)的相对介电常数为1600，机械品质因数为80，机电耦合系数0.35，压电应变常数300 ;所述的全反射镜(6)为平面镜，全反射镜(6)的镜面上真空交替蒸镀有2?8层三氧化二铝和二氧化硅全反膜；所述的柱透镜(I)为平凸镜，平凸镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径为14?18mm，柱透镜(I)的镜面上真空蒸镀10?16层二氧化锆或二氧化硅增透膜。
3.根据权利要求1所述的窄线宽大功率外腔激光器，其特征在于:所述的第一准直镜(2)和第二准直镜(4)为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径为4.5mm，双凸透镜的镜面上真空蒸镀14层二氧化锆或二氧化硅增透膜；所述的衍射光栅(5)是:带宽为100GHz、刻线密度为5001/mm或透过率为90% ;所述的压电换能器(7)的相对介电常数为1600，机械品质因数为80，机电耦合系数0.35，压电应变常数300;所述的全反射镜(6)为平面镜，全反射镜(6)的镜面上真空交替蒸镀有4层三氧化二铝和二氧化硅全反膜；所述的柱透镜(I)为平凸镜，平凸镜的左端面为平面、右端面为凸面，凸面的曲率半径为15mm，柱透镜(I)的镜面上真空蒸镀14层二氧化锆或二氧化硅增透膜。
4.根据权利要求2所述的窄线宽大功率外腔激光器，其特征在于:所述的第一准直镜(2)和第二准直镜(4)为双凸透镜，双凸透镜的左凸面和右凸面的曲率半径相同，双凸透镜的镜面上真空蒸镀12?18层二氧化锆或二氧化硅增透膜。
5.根据权利要求2所述的窄线宽大功率外腔激光器，其特征在于:所述的第一准直镜(2)和第二准直镜(4)为双凸透镜，第二准直镜(4)的左凸面和右凸面的曲率半径以及所镀增透膜的材料和层数与第一准直镜(2)相同。
【文档编号】H01S5/06GK103647215SQ201310751231
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】陈江, 张辉, 阮军, 王心亮, 刘丹丹, 余凤翔, 张首刚 申请人:中国科学院国家授时中心