专利名称：微片激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光器领域，尤其是指整体结构非常紧凑简单的可见光(特指绿光或蓝光)的微小型半导体激光二极管泵浦固体激光器，这种激光器在激光指示和激光准直等方面有很好的实际应用前景。
近几年，国际上制作小型固体激光器的构想很多，但成功研究开发的新产品不多。在新研制开发的小型固体激光器中，以专利号为97191329，专利名称为二倍频二极管泵激固体激光器，创造性表现较为全面和突出。但是这种专利产品也存在以下不足之处实际生产装配激光器的部件很多，很难实现微小型化；各部件有一定的独立性，激光工作物质间的调节和激光器工作物质与半导体激光二极管间的调节步骤繁多，装配整个激光器的生产线过长，生产效率较低，整个激光器结构复杂，生产成本高，不适合大批量生产，不能满足现有社会对可见光固体激光器微小型化的实际要求，有较大的使用局限性。
本实用新型的目的是提供一种结构紧凑简单、体积小、适合大批量生产且制作成本低的低功率可见光(特指绿光或蓝光)激光器。
本实用新型微片激光器主要是两部分一个由半导体激光二极管(1)构成的泵浦激光源，一个两端镀有对特定几个波长起适当作用的多色薄膜(2)和(4)的固体激光工作物质(3)；此固体激光工作物质(3)具有激光增益和激光倍频两种功能，在微片激光器中作为一个独立的激光功能器件；固体激光物质(3)和半导体激光器二极管(1)上至少配置一个有良好导热性能的材料制成的套筒(5)。套筒(5)的作用在于防止激光器中的半导体激光二极管(1)和固体激光工作物质(3)因激光电源提供工作电流维持半导体激光二极管(1)工作所产生的热损耗以及激光在固体激光工作物质(3)中往返振荡所产生的吸收、衍射和散射等损耗引起器件温度升高而影响激光器的激光转换效率和工作稳定性。
本实用新型所述的固体激光工作物质(3)是类型①一块独立的激光功能器件，其特征在于一种激光增益物质(7)和一种激光倍频物质(13)；两种激光物质中间由一个有良好导热性能的材料制成适当几何尺寸的空心的正方形或圆形垫圈(10)隔开，形成一定厚度的正方形或圆形空气腔(9)；两种激光物质与此空气腔(9)相接触的面上镀有对特定波长起适当作用的薄膜(8)和(12)，此空气腔(9)的外沿采用紫外光敏胶和(或)环氧胶(11)胶合等的方式结合成一个整体；类型②一块独立的激光功能器件，其特征在于一种激光增益物质(16)和一种激光倍频物质(20)；两者中间由适当厚度的紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)直接胶合成一个整体，两种激光物质与胶(18)的接触面上镀有对特定波长起适当作用的薄膜(17)和(19)。
上面两种类型所述的激光增益物质可以是NdYVO4；NdYAG；NdLSB或类似材料；激光倍频物质可以是KTP；LBO；BBO；KNbO3或类似材料。
套筒(5)的设计依据半导体激光二极管(1)的几何尺寸和固体激光工作物质(3)的几何尺寸，以及半导体激光二极管(1)与固体激光工作物质(3)实现激光耦合的距离。套筒(5)与半导体激光二极管(1)两者间可以采用过盈配合或采用间隙配合辅以有良好导热性能的紫外光敏胶和(或)环氧胶胶合来定位，固体激光器工作物质(3)与套筒(5)两者间采用有良好导热性能的紫外光敏胶和(或)环氧胶胶合来定位；套筒(5)可以实现固体激光工作物质(3)与半导体激光二极管(1)的相对空间位置关系的调节，空间位置关系的调节是指上下、左右、前后、俯仰以及顺逆双向旋转等空间运动方式中的一种或多种。
本实用新型的谐振腔由固体激光工作物质(3)两端的多色薄膜组成；多色薄膜中的任一种单色薄膜对特定波长起适当作用，此单色薄膜可以是镀一种材料的单层薄膜、可以是镀两种材料的双层薄膜、可以是镀两种材料以上的几层甚至几十层薄膜组成；采用腔内倍频的平平腔结构。
本实用新型设计完善合理，结构紧凑简单、体积小、携带方便，能耗低、寿命长、安全可靠性好，能实现大批量生产且制作成本低。
现结合
图1.为本实用新型微片激光器的原理图。
图2.为谐振腔采用固体激光工作物质(3)类型①的结构示意图。
图3.为谐振腔采用固体激光工作物质(3)类型②的结构示意图。
实施方案1如图2.类型①的固体激光工作物质(3)是一块独立的激光功能器件，它采用NdYVO4晶体作激光增益物质(7)，采用KTP晶体作激光倍频物质(13)；NdYVO4晶体和KTP晶体两种激光物质中间由一个有良好导热性能的材料制成适当几何尺寸的空心的正方形或圆形垫圈(10)隔开，形成一定厚度的正方形或圆形的空气腔(9)；两种激光物质与此空气腔(9)相接触的面上镀有对特定波长起适当作用的薄膜(8)和(12)，此垫圈(10)的外沿采用紫外光敏胶和(或)环氧胶(11)胶合等的方式结合成一个整体；KTP晶体采用第二类倍频方式同NdYVO4晶体实现相位匹配，KTP晶体的光轴和NdYVO4晶体的光轴在通光面上投影的夹角在40°至50°范围内。
上述的空心的正方形或圆形垫圈(10)应具有良好的导热性能和适当的弹性；上述的紫外光敏胶和(或)环氧胶(11)应具有良好的导热性能、适当的耐热性和粘结强度。
NdYVO4晶体和KTP晶体的几何尺寸设计通光面尺寸设计成能够实现激光器微小型，通光面尺寸不大于3.0×3.0mm2；通光长度尺寸设计成能够实现激光器输出TEM00模式激光，例如NdYVO4晶体通光长度尺寸不大于1.5mm，KTP晶体通光长度尺寸不大于7.0mm。
垫圈(10)的几何尺寸设计垫圈(10)通光面的空心面积为固体激光工作物质(3)通光面的面积的50％至80％范围内；垫圈(10)的厚度即空气腔(9)的通光长度尺寸设计成能够实现对特定波长的激光起适当选模的作用，例如空气腔(9)的通光长度尺寸不大于3.0mm。
在NdYVO4晶体的泵浦光输入端镀对波长1064nm高反射、波长808nm增透和波长532nm高反射的三色膜(6)；在NdYVO4晶体的激光输出端镀对波长1064nm增透的单色膜(8)；在KTP晶体的激光输入端镀对波长1064nm增透的单色膜(12)；在KTP晶体的激光输出端镀对波长1064nm高反射和波长532nm增透的双色膜(14)。
具有上述结构的本实用新型，当激光工作电源产生的工作电流激发半导体激光二极管产生波长808nm泵浦光，泵浦光透过前述的三色膜(6)入射NdYVO4晶体，NdYVO4晶体的增益作用将波长808nm泵浦光转换为波长1064nm激光；波长1064nm激光依次透过单色膜(8)、空气腔(9)和单色膜(12)，并入射KTP晶体，KTP晶体的倍频作用将波长1064nm激光转换为波长532nm绿光；波长532nm绿光透过双色膜(14)输出。其中，在KTP晶体中未转换成波长532nm绿光的波长1064nm激光，被双色膜(14)反射回KTP晶体，KTP晶体的倍频作用将波长1064nm激光转换为波长532nm绿光；波长532nm绿光依次透过单色膜(12)、空气腔(9)、单色膜(8)和NdYVO4晶体，经三色膜(6)反射，依次透过NdYVO4晶体、单色膜(15)、空气腔(9)、单色膜(12)和KTP晶体，再透过双色膜(14)输出。由于波长1064nm激光在谐振腔中的反射振荡、重复利用，增强波长532nm绿光的输出，从而提高激光器的转换效率。
实施方案2图3采用类型②的固体激光工作物质(3)是一块独立的激光功能器件，它采用NdYVO4晶体作激光增益物质(16)，采用KTP晶体作激光倍频物质(20)，两种激光物质中间采用紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)胶合等方式结合成一个整体；KTP晶体采用第二类倍频方式同NdYVO4晶体实现相位匹配，KTP晶体的光轴和NdYVO4晶体的光轴在通光面上投影的夹角在40°至50°范围内。
上述的紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)具有对1064nm、808nm和532nm三个波长单色光的高透过率和低吸收率，具有良好的导热性能，还应具有适当的耐热性和粘结强度。
NdYVO4晶体和KTP晶体的几何尺寸设计通光面尺寸设计成能够实现激光器微小型，通光面尺寸都不大于3.0×3.0mm2；通光长度尺寸设计成能够实现激光器输出TEM00模式激光，例如NdYVO4晶体通光长度尺寸不大于1.5mm，KTP晶体通光长度尺寸不大于7.0mm。
在NdYVO4晶体的泵浦光输入端镀对波长1064nm高反射、波长808nm增透和波长532nm高反射的三色膜(15)，在NdYVO4晶体的激光输出端镀对波长1064nm增透的单色膜(17)；在KTP晶体的激光输入端镀对波长1064nm增透的单色膜(19)，在KTP晶体的激光输出端镀对波长1064nm高反射和波长532nm增透的双色膜(21)。
具有上述结构的本实用新型，当激光工作电源产生的工作电流激发半导体激光二极管产生波长808nm泵浦光，泵浦光透过前述的三色膜(15)入射NdYVO4晶体，NdYVO4晶体的增益作用将波长808nm泵浦光转换为波长1064nm激光；波长1064nm激光依次透过单色膜(17)、紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)和单色膜(19)，并入射KTP晶体，KTP晶体的倍频作用将波长1064nm激光转换为波长532nm绿光；波长532nm绿光透过双色膜(21)输出。其中，在KTP晶体中未转换成波长532nm绿光的波长1064nm激光，被双色膜(21)反射回KTP晶体，KTP晶体的倍频作用将波长1064nm激光转换为波长532nm绿光；波长532nm绿光依次透过单色膜(19)、紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)、单色膜(17)和NdYVO4晶体，经三色膜(15)反射，再依次透过NdYVO4晶体、单色膜(17)、紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)、单色膜(19)和KTP晶体，再透过双色膜(21)输出。由于波长1064nm激光在谐振腔中反射振荡、重复利用，增强波长532nm绿光的输出，从而提高激光器的转换效率。
权利要求1.微片激光器，包括半导体激光二极管(1)、固体激光工作物质(3)以及配合二者的套筒(5)，套筒(5)与半导体激光二极管及固体激光工作物质(3)之间采用导热胶胶合定位，其特征在于a.固体激光工作物质(3)两端镀有多色膜(2)和(4)；b.固体激光工作物质(3)是一个具有激光增益和激光倍频两种功能的独立的激光功能器件；固体激光工作物质(3)可以包括两种激光物质激光增益物质(7)和激光倍频物质(13)，两种激光物质中间由一个有适当几何尺寸的空心的正方形或圆形垫圈(10)隔开，此垫圈(10)中心形成一定厚度的正方形或圆形空气腔(9)，两种激光物质与此空气腔(9)的接触面上镀有薄膜(8)和(12)，此垫圈(10)的外沿采用紫外光敏胶和(或)环氧胶(11)定位在两种激光物质中间，此胶(11)将以上物质胶合成一个整体。
2.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征还在于所述的固体激光工作物质(3)可以包括两种激光物质激光增益物质(16)和激光倍频物质(20)，两者中间由适当厚度的紫外光敏胶和(或)环氧胶(18)直接胶合成一个整体，两种激光物质与胶(18)的接触面上镀有适当的薄膜(17)和(19)。
3.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的固体激光工作物质(3)的通光面尺寸不大于3.0×3.0mm2。
4.根据权利要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的空气腔(9)的通光长度尺寸不大于3.0mm；空气腔(9)通光面的面积为固体激光工作物质(3)通光面的面积的50％至80％范围内。
5.根据权求要求1所述的微片激光器，其特征在于所述的激光增益物质(7)通光长度尺寸不大于1.5mm；所述的激光倍频物质(13)通光长度尺寸不大于7.0mm。
6.根据权利要求2所述的微片激光器，其特征在于所述的激光增益物质(16)的通光长度尺寸不大于1.5mm；所述的激光倍频物质(20)的通光长度尺寸不大于7.0mm。
专利摘要本实用新型是一种腔内倍频固体激光器。它包括:一个由半导体激光二极管(1)构成的激光源以产生适当的泵浦光;一个两端镀有对特定波长起适当作用的多色膜(2)和(4)的固体激光工作物质(3)。此固体激光工作物质(3)是一个具有激光增益和激光倍频功能的器件。在固定激光工作物质(3)和半导体激光二极管(1)上至少配置一个有良好导热性能的套筒(5)。其特点为:固体激光工作物质(3)的几何尺寸非常小;激光器非常小,且结构紧凑简单,适合大批量生产。
文档编号H01S3/16GK2399865SQ9925126
公开日2000年10月4日 申请日期1999年10月18日 优先权日1999年10月18日
发明者刘贤平, 张哨峰, 陈卫民, 林斌 申请人:福建华科光电有限公司