二倍频二极管泵激固体激光器制造技术

本发明专利技术提供了一种采用腔内二倍频方式的二倍频二极管泵激固体激光器，此固体激光器包括带有适当薄层的激光固体媒质（１），其薄层是谐振腔的一个组成部分。此外，此固体激光器还包括由激光二极管（１３）形成的泵激光源（２）和一个带有适当反射薄层的具有非线性晶体形式的二倍频非线性光学元件（５），其反射薄层是谐振腔的另一个组成部分。此谐振腔是在固体媒质（１）和元件（５）的反射薄层之间形成的。通过光学媒质（３）将泵射束传输至激光固体媒质（１）上。在元件５和／或在激光固体媒质（１）上至少各配置一个由良好导热材料构成的孔径（６）。其中，二倍频光学元件（５）为了相位匹配而设计在高于环境的温度上工作。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在谐振腔内二倍频的二倍频二极管泵激固体激光器，包括一个具有适当反射薄层的激光固体媒质，此媒质的反射薄层构成谐振腔的一个组成部分，包括至少一个由激光二极管构成的泵激光源以产生适当的泵激光射束，包括一个具有适当反射薄层的非线性晶体形式的二倍频非线性光学元件，此元件的反射薄层构成谐振腔的另一个组成部分，其中在固体媒质的反射薄层和二倍频元件的反射薄层之间形成谐振腔，并且包括与泵激光源相适应的，将泵射束传导至激光媒质的光学媒质。技术现状这种类型的激光器具有独特的噪声特性，此噪声特性是由非线性过程，诸如二倍频，纵向振动模式的混合以及在有源激光媒质中的“烧孔”(Spatial-hole-burning)所决定的。此特征作为在腔内二倍频激光器的“绿色问题”已为人们所熟知。其噪声特性是通过光幅度几十至几百千赫的周期性变化或者通过不规律的波动表征的。噪声幅度从调制的百分之几延伸至100％。在固体激光器中采用的非线性晶体在基频辐射和二倍频辐射时具有吸收损耗，由此而导至非线性晶体不希望出现的升温。其中的出现的温度变化在激光束的中心区可以达到几百°K。通过所产生的温度及其在非线性二倍频晶体截面的分布将在此晶体上产生失谐，这样就不能进行最佳的相位匹配，其结果是二倍频辐射功率的下降。这意味着几乎所有已知的二倍频固体激光器均不能最佳的工作。业已公知了消除或抑制噪声和减少这些缺点的一些不同的方法。在这方面在杂志“Optics Letters”，Vol．16(1991)，第1665页(“Single-Londitudinal-mode operation and second harmonicgeneration of NdYVO4microchip laser”)，描述了一种方法，此方法建立在频率选择和单模工作方式的基础上。因为在单模工作方式中没有纵向谐振模的相互作用，从而消除了“绿色”噪声。这样，只有一个振荡模并且虚拟的消除了由所谓“绿色问题”所决定的噪声。其中的缺点在于为了实现单模工作方式而采用的谐振腔结构比较复杂。在某些情况下这种激光器的低噪声特性是通过采用II型非线性晶体(KTP或KTiOPO4)作为双折射滤光器、例如里奥滤光器的一部分加以实现的(“Optics letters”，Vol 13(1988)第805页至807页)。在美国专利4，933，947中描述的一种腔内二倍频激光器改进了幅度结构，这种结构是这样实现的，即在激光器材料中的“烧孔”通过使用λ／4的平板加以消除并且激光器的光谐振腔保持在能够产生低噪声光辐射的温度上。然而为此需要配备与噪声电平相关的恒温装置。在德国专利4205 587 Al中公开了一种二倍频单频激光器，其中，在一个共同的谐振腔中采用了一个激光二极管，一个用稀土元素掺杂的激光晶体和一种二倍频材料，此系统产生一个稳定的绿色光束并且没有由于“烧孔”而引起的一些问题。这样，在激光器的输出端存在着一个单频模。此激光器在一个由适当的电子电路控制的窄的温度范围内实现了稳定的低噪声特性。其缺点是谐振腔的结构确实复杂，从而影响了这类激光器的广泛应用。在文献WO 95／21480和美国专利5．446．749中公开了一种二极管泵激的激光器，其中利用了大量纵向谐振模在腔内二倍频以便抑制噪声并且达到高的幅度稳定性。其中，谐振腔的长度设计成约100个模。这种方案的缺点在于一个谐振腔的长度需要1m以上，这在许多应用中都是不现实的，从而限制了作为大功率激光器的应用范围。本专利技术描述本专利技术的任务在于克服当前技术中的缺点创造一种二倍频二极管泵激固体激光器，此激光器结构简单、体积小并且最大程度的抑制了噪声。按照本专利技术此项任务在一种二倍频二极管泵激固体激光器上是这样进行的，即在二倍频元件上和／或在激光固体媒质中各配置一个由导热材料构成的孔径并且将用于相位匹配的二倍频光学元件设计在高于环境温度的温度上。如果导热孔径设计成能够实现单横向振动模TEMoo，则是有利的。此外，如果散热性能很好的导热孔径安装在二倍频元件两个终端表面上。其中此元件由一种高非线性材料磷酸钾钛(KTP)或者由磷酸二氢铵(ADP)、硼酸三锂(LBO)、碘酸锂或其它在美国专利5．164．947中给出的其它材料构成则是有利的。激光固体媒质，即实际的激光器晶体、由NdYAG；NdYVO4；NdLSB或者由其它已知的适当材料构成则是有利的。为了在整个谐振腔中实现比较有利的热条件，属于此谐振腔的首先是激光器晶体和同样是晶体的二倍频元件，激光器晶体和二倍频元件与导热孔径热接触的特征同样起着作用。作为有源激光媒质的激光器晶体在其终端配置有适当的反射或透射层；二倍频元件同样也是如此。这样，激光器晶体对准泵激光源的第1表面配置有一薄层，此层对由泵激光源发射的泵激辐射是高透明的，但是对通过激光材料产生的具有基频或基波波长的激光器辐射则具有高反射性。激光器晶体的其它的、与所述第1平面相对的平面配置有一个镀膜层，此层可以使具有基波长的激光器轴射损耗很小的由激光器晶体中射出。此非线性的、将由激光器晶体射出的激光器射束的频率倍增的元件，此非线性晶体在其对准激光器晶体的表面上制作了一层对激光器射线有效作用的镀膜(抗反射层)。此元件对面的平面配置有一个对其波长的激光器射束具有高反射性能的薄层，对于在此元件本身形成的、频率变换了的射束、即具有激光器晶体射束的半波长或二倍频的射束，所述相对的表面配置了一个涂层，此涂层允许二倍频射束由此元件中低损耗的射出。这样，首先是也可以实现激光器晶体和二倍频元件不会有由于射束损耗而引起的显著的升温。在本专利技术解决方案中，为了相位匹配，二倍频晶体是为了在较高温度下工作而设计和配置的，就是说，在正常温度下频率的倍增不是以非最佳的相位匹配为代价的。只要是激光器的激光媒质射出射束，在激光器晶体中的温度就会增高，这是由激光器射束和频率倍增了的射束在此元件中的吸收所决定的。这样，在本专利技术的固体激光器上相位匹配总是比较好的并且频率倍增射束的功率继续连续增高直至温度最高点。此自身最佳化的过程继续运行直到达到最佳的相位匹配。如果在固体激光器中在产生二倍频射束方面达到了高效率，则二倍频元件的温度也就恒定了。通过此自身最佳化过程使激光器达到了一个稳定的最佳工作状态，这意味着噪声的显著降低。附图的简单说明下面借助于一个实施例对本专利技术进一步加以阐述。所属附图如下附图说明图1本专利技术固体激光器方框2此激光器的剖面3带有孔径的二倍频元件图4激光固体媒质的支架图5具有一个激光二极管的泵激装置图6谐振腔温度与孔径直径的关系附图的详细说明在图1中以方框图形式示出的二倍频二极管泵激固体激光器包括一个具有适当反射层和透射层1．1和1．2的激光固体媒质1并且形成了一个激光器晶体。此激光器晶体例如由NdYAG；NdYAP；NdYVO4；NdGdWO4或NdLSB构成并且是一个谐振腔的组成部分。此外配置了一个泵激光源2用来产生适当的泵激光射束，以便激发固体媒质1产生激光射束。其中，如果作为泵激光源2至少采用一个激光器二极管是有利的。在激光固体媒质1和泵激光源2之间配置有光学媒质3，此光学媒质将泵激光射束传输到激光媒质1上。这些光学媒质例如可以是光导或者透镜。一个将离开激光器晶体的激光器射本文档来自技高网...

【技术保护点】
采用腔内二倍频方式的二倍频二极管泵激固体激光器包括一个带有适当反射薄层的激光固体媒质（１），反射薄层是谐振腔的一个组成部分，包括至少一个由激光二极管构成的泵激光源以产生适当的泵激光射束，包括一个带有适当反射薄层的非线性晶体形式的二倍频非线性光学元件（５），此反射薄层形成谐振腔的另一个组成部分，其中在固体媒质（１）的反射薄层和二倍频元件（５）反射薄层之间形成谐振腔，并且包括光学媒质（３），此光学媒质在泵激光源的后面并且将泵射线传输至激光固体媒质（１）上。其特征在于，在二 倍频元件（５）和／或激光固体媒质（１）上至少分别配置一个由导热材料制成的孔径（６），并且此二倍频光学元件（５）是为了在高于环境温度的温度上进行相位匹配而设计的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M内格勒，E普法伊弗，K斯坦科，
申请(专利权)人：拉索斯激光技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]