带模式跟踪的光学泵浦半导体激光器制造技术

腔内加倍OPS激光器具有用于粗略波长选择的包括双折射滤波器(BRF)的激光器‑谐振器，以及布置成用于II型倍频和精细波长选择的光学非线性(ONL)晶体。激光器辐射以取决于谐振器长度的一系列基本波长中的一个在所述激光器‑谐振器中循环。ONL晶体具有取决于晶体温度的透射率峰值波长。监测来自BRF的循环辐射的反射。当ONL晶体透射率峰值波长处于循环辐射波长时，该反射处于最小值。ONL晶体的温度选择性地变化以将所监测的反射保持在大约最小值。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】带模式跟踪的光学泵浦半导体激光器
本专利技术总地涉及外腔光学泵浦半导体(OPS)激光器。本专利技术尤其涉及在单纵向模式下操作的腔内频率转换OPS激光器。
技术介绍
腔内频率转换(倍频)OPS激光器能够在操作于单纵向模式的同时以可见(绿色)波长提供几瓦特(W)的连续波(CW)辐射输出。绿色的、单模式输出波长可以通过OPS激光器腔外的光学非线性晶体(激光器-谐振器)中的进一步的频率倍增而转换成电磁谱的紫外线(UV)区域中的波长。通过实施例的方式，具有约1064纳米(nm)的基本激光波长的OPS激光器可以通过腔内光学非线性晶体来进行倍频以提供具有约532nm的波长的输出辐射。通过将位于OPS激光器-谐振器之外的光学非线性晶体中的输出辐射进行倍频，该输出辐射可以转换成具有大约266nm波长的UV辐射。OPS激光器采用多层半导体结构作为增益元件(增益结构)。该增益结构包括由间隔层间隔开的量子阱(QW)层。间隔层吸收光学泵浦辐射，从而产生电子-空穴对。电子-空穴对落入QW层且被QW层束缚。QW层中的电子-空穴对的再结合提供QW层的QW材料的基本波长范围特性的辐射。这提供了光学增益。产生辐射的波长范围可称为增益带宽。增益结构的QW层由增益带宽的峰值增益波长处的一半波长间隔开。在OPS结构(OPS芯片)中，增益结构超越镜像结构。典型地，OPS激光器谐振器被配置为提供谐振器的一端镜的OPS芯片的镜。如果谐振器被配置成避免支持横向振荡模式(横向模式)，则连同间隔开的QW层所提供的增益的半波周期性一起，将增益结构放置在谐振器的一端提供的是，OPS激光器将在任何给定的瞬间在单纵向模式(单频)下产生CW辐射。“在任意给定的瞬间”的陈述的重要性的论述阐述如下。OPS增益结构的增益带宽相对极宽。通过示例的方式，对于大约1000nm的峰值增益波长，FWHM增益带宽在40nm的数量级上。在腔内倍频OPS激光器中，通常在腔中包括单元件双折射滤波器。这将可以振荡的基本波长的范围限制在光学非线性晶体的相位匹配接受带宽内的范围。双折射滤光器被布置成布鲁斯特角入射，其建立在谐振器中产生的循环辐射的偏振取向。遗憾的是，这种双折射滤波器的通带宽度仍然足够宽，使得在具有大约70毫米(mm)的长度的谐振器中可以存在几种可能的振荡模式(频率)。其结果是，当这些模式中仅有一个在任何给定时刻振荡时，谐振器的任何扰动可以导致振荡从一种可能模式改变到相邻的可能模式。这种现象通常被本领域技术人员称为“模式跳跃”。在模式跳变的瞬间，在输出功率中存在突然的(基本上瞬时的)变化，随后是短暂的不稳定时段。这个不稳定周期将是几百分之一秒的量级。这有效地构成了OPS激光器的CW输出的中断。如果主动控制的外部增强谐振器用于OPS激光器输出的进一步频率转换，则来自该谐振器的输出功率将突然下降，以及恢复周期，在恢复周期内增强谐振器为激光器的新输出频率建立谐振。这将比激光输出功率的不稳定周期长。图1是已经通过将输出功率从标称最佳输出功率的90％增加到110％而被扰动的腔内倍频OPS激光器的监测输出功率的示波器轨迹的再现。功率增加在点A处开始。激光器以增加的功率操作约3.5秒，然后在点B处发生模式跳跃，在点B处输出被中断。由于在中断期间增益结构中存储的能量，输出功率在较高水平恢复。中断后的不稳定周期约为1.5秒。在诸如检查半导体晶片的应用中，CW工艺的这种中断可能是不能容忍的，即使由于模式跳跃的波长变化是可容忍的。存在对可以在没有模式跳跃的情况下操作的OPS激光器-谐振器的需要。专利技术概述根据本专利技术的激光器装置的一个方面包括激光器谐振器，该激光器谐振器包括多层半导体增益结构，该增益结构具有增益带宽。半导体增益结构包含在激光器谐振器中。增益结构由光学泵浦辐射供给能量，从而使得基频辐射在激光器谐振器中循环。基频是取决于激光器-谐振器的即时长度的一系列可能的振荡频率之一。光学非线性晶体位于激光器-谐振器中且布置成用于循环基频辐射的II型倍频。光学非线性晶体在预定温度范围内具有可接受带宽。加热元件布置成使得晶体的温度在预定温度范围内选择性地变化。第一双折射滤波器位于激光器谐振器中，配置且布置成将能够在增益带宽内振荡的一系列可能的基频限制到其在光学非线性晶体的可接收带宽内的范围。检测器被布置成监测从双折射滤波器反射的基频辐射，当第二双折射滤波器的透射率峰值处于可能的诊断频率中的即时的振荡频率时，所反射的辐射为最小值。光学非线性晶体充当具有取决于晶体温度的透射率峰值的第二双折射滤波器。加热元件与检测器协作，用于将监测的反射保持在最小值，从而将第二双折射滤波器的透射率峰值保持在即时振荡频率。附图说明并入说明书并构成本专利技术的一部分的附图图示了本专利技术的实施方案，并且与上文给出的一般性描述和下面给出的实施方案的详细描述一起用于解释本专利技术的原理。图1是在作为增加激光器的输出功率的结果而发生模式跳跃的时间段内现有技术的腔内倍频OPS激光器的输出功率的示波器轨迹的再现。图2示意性地示出了根据本专利技术的腔内倍频OPS激光器，该激光器具有包括OPS增益结构并且具有在其中循环的基本波长激光辐射的激光谐振器，该谐振器包括光学非线性晶体，光学非线性晶体布置成用于循环辐射的II型二次谐波转换；与光学非线性晶体协作的双折射滤波器，用于从增益结构的增益带宽中选择激光器工作模式，用于测量基本波长辐射的检测器；以及加热元件，其响应于测量的反射基本波长用于温度调谐光学非线性晶体，使得激光器的所选择的操作模式被不断地选择。图3是示意性地示出在图2的激光器的实施例中针对双折射滤波器和光学非线性晶体的组合的作为波长变化的函数的计算的透射率和反射率的曲线图。图4是在图2的激光器的实施例中，输出功率、光学非线性晶体的温度和来自双折射滤波器的监测反射的示波器轨迹的再现，在图2中，其中加热元件不响应于监测到的反射率，晶体温度保持恒定，并且由于增加激光器的输出功率而发生模跳。图5是在图2的激光器的实施例中，输出功率、光学非线性晶体的温度和来自双折射滤波器的监测反射率的示波器轨迹的再现，在图2中，加热元件响应于监测的反射率，晶体温度根据测量的反射率而变化，并且未发生模式跳跃。专利技术详述现在参考附图，其中相同的部件由相同的附图标记表示。图2示意性地示出了根据本专利技术的腔内倍频OPS激光器的优选实施方案10。激光器10包括安装在衬底或散热器14上的OPS芯片12。OPS芯片包括上覆有多层增益结构18的镜面结构16。镜面结构18和端面镜20形成激光器-谐振器22。来自二极管激光器棒或其堆叠(未示出)的泵浦辐射被引导到增益结构18上，使得基本波长(基频)激光辐射如箭头F所示在激光器-谐振器22中循环。双折射滤波器(BRF)提供用于选择基波波长的粗滤波，并且建立循环基波波长辐射的偏振取向，如图2所示中箭头P所指示。如图所示，BRF的快轴取向与偏振取向成45°。双轴光学非线性(ONL)晶体26位于谐振器22中并且被布置用于循环基本辐射的II型二次谐波(2H)频率转换。合适的晶体材料包括但不限于硼酸锂LBO和磷酸氧钛钾(KTP)。晶体26由加热元件28加热，例如热电加热元件。对于II型2H转换，晶体26的快轴也与偏振取向成45°，也如图所示。在该II型布置中，晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
激光器装置，包括：激光器谐振器，其包括多层半导体增益结构，所述增益结构由光学泵浦辐射供给能量，从而使得基频辐射在所述激光器谐振器中循环，所述基频是取决于所述激光器‑谐振器的即时长度的一系列的可能振荡的频率中的一个；光学非线性晶体，其位于所述激光器‑谐振器中且布置成用于循环的基频辐射的II型倍频，所述光学非线性晶体在预定温度范围内具有可接受带宽；加热元件，其布置成选择性地使得所述晶体的温度在预定温度范围内改变；第一双折射滤波器，其位于所述激光器谐振器中，配置且布置成将能够在增益带宽内振荡的一系列可能的基频限制到其在光学非线性晶体的可接受带宽内的范围内；检测器，其布置成监测从所述双折射滤波器反射的基频辐射，当第二双折射滤波器的透射率峰值处于可能的振荡频率中的即时振荡频率时，所反射的辐射处于最小值；以及其中所述光学非线性晶体起到具有取决于晶体温度的透射率峰值的第二双折射滤波器的作用，并且其中所述加热元件是所述检测器协作，用于将所监测的反射保持在大约最小值处，从而将所述第二双折射滤波器的透射率峰值保持在大约所述即时振荡频率处。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.18 US 14/462,3561.激光器装置，包括：激光器谐振器，其包括多层半导体增益结构，所述增益结构由光学泵浦辐射供给能量，从而使得基频辐射在所述激光器谐振器中循环，所述基频是取决于所述激光器-谐振器的即时长度的一系列的可能振荡的频率中的一个；光学非线性晶体，其位于所述激光器-谐振器中且布置成用于循环的基频辐射的II型倍频，所述光学非线性晶体在预定温度范围内具有可接受带宽；加热元件，其布置成选择性地使得所述晶体的温度在预定温度范围内改变；第一双折射滤波器，其位于所述激光器谐振器中，配置且布置成将能够在增益带宽内振荡的一系列可能的基频限制到其在光学非线性晶体的可接受带宽内的范围内；检测器，其布置成监测从所述双折射滤波器反射的基频辐射，当第二双折射滤波器的透射率峰值处于可能的振荡频率中的即时振荡频率时，所反射的辐射处于最小值；以及其中所述光学非线性晶体起到具有取决于晶体温度的透射率峰值的第二双折射滤波器的作用，并且其中所述加热元件是所述检测器协作，用于将所监测的反射保持在大约最小值...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·凯恩吉赛尔，
申请(专利权)人：相干激光系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE