一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，所述激光器包括：半导体激光器输出线偏振态的泵浦光，泵浦光经光束整形系统扩束和准直后进入光隔离器，由耦合系统入射进金刚石拉曼振荡器，经受激拉曼散射产生Stokes光，最后通过滤波片输出纯净的目标波长激光。本实用新型专利技术为提高半导体激光器输出光束质量提供了一种新技术手段，实现了高转换效率、高功率以及高亮度的激光输出。高功率以及高亮度的激光输出。高功率以及高亮度的激光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器


[0001]本技术涉及高功率激光器领域，尤其涉及一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器。

技术介绍

[0002]高功率、高亮度的激光光源，在医疗、科学研究、军事等领域均有重要的应用。半导体激光器作为目前应用最广泛的光电子器件之一，具有体积小、价格低、寿命长、光电效率高以及功耗低等优点，作为产生高功率激光输出的有效手段，半导体泵浦激光器可以实现皮秒级、千瓦级平均功率的激光光源。然而其作为激光光源最大的缺陷是输出光快慢轴方向光束质量不对称，快轴方向接近衍射极限，慢轴方向光束质量较差，存在发散角大，椭圆光斑等问题，从而限制了半导体激光器的直接应用，因此改善半导体激光器输出光的光束质量尤为重要。
[0003]金刚石作为拉曼增益介质，表现出的宽光谱透过范围、极为突出的热导率和较低的热膨胀系数使其相比于其他常用拉曼晶体能够承受更高的泵浦功率，这使得金刚石拉曼激光器在高功率泵浦作用下表现优良，同时基于受激拉曼散射原理，可以实现有效的波长转换。且由于在拉曼转换过程中Stokes光的空间和相位等特性不受泵浦光光束特征的影响，这使得产生的Stokes光相比于泵浦光呈现出一定的光束净化效果，因而即使在泵浦光光束质量极差的条件下，使用金刚石拉曼激光器仍可以获得光束质量良好的激光输出。目前，金刚石拉曼激光器的输出功率主要受限于有限的泵浦功率，随着泵浦功率的进一步提高，有望获得更高功率、更高转换效率的高光束质量的激光输出。
[0004]半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，将大功率半导体激光直接耦合到金刚石拉曼振荡器中，同时具备半导体激光器与金刚石拉曼激光器的各种优点，可以有效解决半导体激光器输出光束质量差，金刚石拉曼激光器缺少高功率泵浦源等问题，从而实现高转换效率、高功率、高亮度的激光输出，从而扩展其在各个领域方面的应用。

技术实现思路

[0005]本技术提供了一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，提高了半导体激光器输出光束质量的新技术手段，从而实现高功率、高亮度的激光输出，详见下文描述：
[0006]一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，所述激光器包括：
[0007]半导体激光器输出线偏振态的泵浦光，泵浦光经光束整形系统扩束和准直后进入光隔离器，由耦合系统入射进金刚石拉曼振荡器，经受激拉曼散射产生Stokes光。
[0008]在一种实现方式中，所述耦合系统包括：二分之一波片、第一聚焦透镜，所述二分之一波片用于调节泵浦光的偏振态，第一聚焦透镜将泵浦光耦合到金刚石拉曼振荡器中；
[0009]所述金刚石拉曼振荡器包括：沿着光路顺序依次设置的第一输入镜、第一拉曼晶体、及第一输出镜。
[0010]在一种实现方式中，所述耦合系统包括：第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜用于将
泵浦光耦合到金刚石拉曼振荡器中；
[0011]所述金刚石拉曼振荡器包括：沿着光路顺序依次设置的第二输入镜、第二拉曼晶体、及第二输出镜，所述第二拉曼晶体的两端切割角度θ＝arctan(n0)，n0为第二拉曼晶体折射率。
[0012]一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，其特征在于，所述激光器包括：
[0013]半导体激光器输出线偏振态的泵浦光，泵浦光经光束整形系统扩束和准直后进入光隔离器，再由拉曼晶体入射端面耦合进金刚石拉曼振荡器，经受激拉曼散射产生Stokes光。
[0014]在一种实现方式中，所述金刚石拉曼振荡器包括：第三拉曼晶体，第三拉曼晶体的入射端面为半柱透镜，泵浦光经入射端面耦合进第三拉曼晶体。
[0015]在一种实现方式中，所述金刚石拉曼振荡器包括：第四拉曼晶体，第四拉曼晶体的入射、出射端面均为半柱透镜，泵浦光经入射端面耦合进第四拉曼晶体。
[0016]优选地，所述金刚石拉曼激光器还包括：滤波片。
[0017]本技术提供的技术方案的有益效果是：
[0018]1、该技术首次提出直接将半导体激光器发出的激光耦合到金刚石拉曼振荡器中，实现半导体激光器输出光束质量的提高，该设计同时具备半导体激光器和金刚石拉曼激光器的优点，可实现高转换效率、高功率、高亮度的激光输出；
[0019]2、该金刚石拉曼激光器，不存在“空间烧孔”效应，这在很大程度上避免了纵模不稳定等问题；拉曼增益介质采用金刚石晶体，其具有高拉曼增益系数、最大的拉曼频移和相对折中的拉曼线宽；此外，金刚石表现出的宽光谱透过范围、极为突出的热导率和较低的热膨胀系数使其相比于其他常用拉曼晶体能够承受更高的泵浦功率，从而获得更高的输出功率；
[0020]3、得益于拉曼激光器固有的自相位匹配的特点，拉曼增益与泵浦光和输出光束的方向无关，这使得即使在低光束质量泵浦的情况下仍可获得高亮度的激光输出；高功率、窄线宽但输出光束质量差的半导体激光器结合金刚石拉曼振荡器，可以获得高功率、高亮度的激光光源；
[0021]4、该金刚石拉曼振荡器结构简单且紧凑，便于全固态激光器的集成化。
附图说明
[0022]图1为半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器的结构示意图；
[0023]图2为光束整形系统的结构示意图；
[0024]图3为耦合系统的结构示意图；
[0025]其中，(a)为由二分之一波片和聚焦透镜组成的耦合系统结构示意图；(b)为仅由聚焦透镜组成的耦合系统结构示意图。
[0026]图4为由输入镜、平行切割的金刚石晶体以及输出镜组成的金刚石拉曼振荡器的示意图；
[0027]图5为由输入镜、θ角切割的金刚石晶体以及输出镜组成的金刚石拉曼振荡器的示意图；
[0028]图6为入射端采取半柱透镜设计的金刚石晶体的示意图；
[0029]图7为入射和出射端均采取半柱透镜设计的金刚石晶体的示意图。
[0030]1：半导体激光器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
2：光束整形系统；
[0031]3：光隔离器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
4：耦合系统；
[0032]5：金刚石拉曼振荡器；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
6：滤波片。
[0033]其中，
[0034]2‑
1：扩束镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ2‑
2：快轴准直镜；
[0035]4‑
1：二分之一波片；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4‑
2：第一聚焦透镜；
[0036]4‑
3：第二聚焦透镜；
[0037]5‑
1：第一输入镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
2：第一拉曼晶体；
[0038]5‑
3：第一输出镜；
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ5‑
4：第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，其特征在于，所述激光器包括：半导体激光器输出线偏振态的泵浦光，泵浦光经光束整形系统扩束和准直后进入光隔离器，由耦合系统入射进金刚石拉曼振荡器，经受激拉曼散射产生Stokes光。2.根据权利要求1所述的一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，其特征在于，所述耦合系统包括：二分之一波片、第一聚焦透镜，所述二分之一波片用于调节泵浦光的偏振态，第一聚焦透镜将泵浦光耦合到金刚石拉曼振荡器中；所述金刚石拉曼振荡器包括：沿着光路顺序依次设置的第一输入镜、第一拉曼晶体、及第一输出镜。3.根据权利要求1所述的一种半导体直接泵浦的金刚石拉曼激光器，其特征在于，所述耦合系统包括：第二聚焦透镜，所述第二聚焦透镜用于将泵浦光耦合到金刚石拉曼振荡器中；所述金刚石拉曼振荡器包括：沿着光路顺序依次设置的第二输入镜、第二拉曼晶体、及第二输出镜，所述第二拉曼晶体的两端切割角度θ＝arctan(...

【专利技术属性】
技术研发人员：白振旭，李宇琪，丁洁，杨学宗，齐瑶瑶，王雨雷，吕志伟，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：