一种全固态激光器用的激光头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种全固态激光器用的激光头，包括半导体激光器列阵、光学耦合器件和由光学部件组成的谐振腔，其中半导体激光器列阵输出光路上顺序设置光学耦合器件和片状激光晶体，半导体激光器列阵由一个半导体激光器列阵模块或两个或两个以上串联的半导体激光器列阵模块构成，且半导体激光器列阵模块包括两个或两个以上串联的半导体激光器发光元，半导体激光器列阵模块中相邻的半导体激光器发光元的最小间距与半导体激光器发光元的发光面在线阵排列方向上的宽度的比值大于５。本实用新型专利技术解决了大功率全固态激光器的晶体热效应问题，提高了电光转换效率，缩小了全固态激光器体积，实现了固体激光器的微型化，在激光照明和显示领域具有很高实用价值。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种全固态激光头，特别涉及一种全固态激光器用的微型激光头。
技术介绍
目前半导体激光器的发展情况，绿光半导体激光器和蓝光半导体激光器的输出应用停 留在低功率水平，红光半导体激光器虽然功率水平上相对较高，但是波段较为单一。尽管 半导体激光器体积小、集成度高，但是光束质量较差，无法获得大功率的输出，同时在光 谱覆盖程度上也还需要进一步的扩展，与实际应用还有一定的差距。由于全固态激光器单束激光输出功率提高的困难以及单束光束功率密度过高带来的晶 体散热困难，为了满足全固态激光器大功率输出的需求，目前有采用半导体激光器列阵泵 浦全固态激光器的方式，用以提高总输出功率和改善晶体热效应问题。现有技术中有几种采 用半导体激光器列阵泵浦全固态激光器的情况，其中一种以垂直腔面发射的半导体激光列 阵泵浦的全固态激光器，如在专利号为ZL02121545. 6的中国专利中介绍的那样，它是一种 垂直腔面发射的半导体激光列阵作为泵浦源并采用腔内倍频的激光器技术。但是由于其为 垂直腔面发射，虽然其具有较好的光束质量，其发射形式却很大程度上限制了输出功率的 提高。另一种现有技术如专利号为US5351259的美国专利，采用bar条形式的半导体激光 器列阵作为全固态激光器的泵浦源，泵浦片状激光晶体，再通过非线性光学晶体变频输出。 由于bar条的生长方式决定了 bar条内部的半导体激光器发光元之间为并联连接，其并联 结构造成了半导体激光器列阵所需要的总工作电流较大。以含有19个半导体激光器发光元的bar条为例，由于该19个半导体激光器发光元为并联结构，例如bar条上的一个半导体 激光器发光元的工作电流为1A,整个bar条的总工作电流就为19A,如此高的工作电流会产 生大量焦耳热，这样一来电源和电线尺寸需要很大，因此导致供电设备笨重且昂贵。此外， 半导体激光器泵浦的大功率全固态激光器因为材料、散热等相关因素的制约，激光电光转 换效率不高，而且现有的大功率全固态激光器体积较大，实现微型化尚有一定的技术困难。
技术实现思路
本技术的目的在于针对现有技术的不足，为了减小全固态激光器的体积和减少 电源传输损耗，同时还要提高采用半导体激光器列阵泵浦的大功率全固态激光器的电光转 换效率和稳定性，从而提供一种使用串联结构的半导体激光器列阵作为泵浦源的全固态激 光器用的激光头。本技术的目的是这样实现的本技术提供一种全固态激光器用的激光头，包括半导体激光器列阵、光学耦合器 件和由光学部件组成的谐振腔；其中所述半导体激光器列阵输出光路上设置所述光学耦合 器件和所述谐振腔；其特征在于，还包括片状激光晶体；所述半导体激光器列阵由一个半导体激光器列阵模块或者两个或两个以上串联的半导 体激光器列阵模块构成；所述半导体激光器列阵模块包括两个或两个以上串联的半导体激光器发光元；相邻的所述半导体激光器发光元的最小间距与一个所述半导体激光器发光元的发光面 在所述半导体激光器发光元的线阵排列方向上的宽度的比值大于5。上述技术方案中，相邻的所述半导体激光器发光元的最小间距与一个所述半导体激光 器发光元在所述半导体激光器发光元的线阵排列方向上的宽度的比值优选为从6到15。上述技术方案中，所述光学耦合器件为由两个或两个以上单个耦合元件组成的列阵， 其中所述耦合元件的数目与所述半导体激光器发光元的数目相同，且所述耦合元件与所述 半导体激光器发光元出射的激光一一对应。上述技术方案中，所述耦合元件的入射面和出射面均镀有对所述半导体激光器列阵输 出波长的增透膜。上述技术方案中，所述耦合元件为自聚焦透镜、柱状透镜、非球面透镜或耦合透镜组。上述技术方案中，所述片状激光晶体包括一片或一片以上的薄片激光晶体，其中所述 薄片激光晶体的厚度为0. lmm到3mm。上述技术方案中，还包括用于进行激光频率转换的非线性光学晶体，所述非线性光学 晶体放置于所述片状激光晶体的输出光路上。上述技术方案中，所述片状激光晶体和所述非线性光学晶体可以通过粘接、光胶或离 子键合结合成一体，形成一块晶体块。上述技术方案中，还包括输出镜，其中所述输出镜为平面镜、球面镜列阵或体布拉格 光栅。采用本技术的技术方案，具有以下明显的有益效果1.半导体激光器列阵采用串联的方式可以将传统bar条的并联形式下的低压大电流电 源改为使用高压小电流电源，有效地避免了高工作电流产生的大量焦耳热，从而减小了电 源和电线的尺寸，使得供电设备成本降低，体积减小，提高了半导体激光器列阵泵浦的全固态激光器的抗灾变能力和系统的稳定性，并減少了电源传输损耗。2. 本技术的半导体激光器列阵模块由传统bar条改制而得，和单管半导体激光器 列阵的结构相比，本技术的半导体激光器列阵模块对位精度更高、光束空间指向一致 性更好，结构更为紧凑，更有利于激光器列阵的小型化，成本更为低廉；和传统bar条相 比，本技术半导体激光器列阵模块的新结构降低了激光的功率密度，较好地实现了热 力分散，减小了激光晶体热负载密度，有效地解决了 bar条存在的功率密度过大而引起的 激光晶体热效应的问题，从而显著地提高了半导体激光器列阵泵浦的大功率全固态激光器 的电光转换效率，提高了光束质量和系统稳定性。3. 本技术的半导体激光器列阵模块由于是从传统bar条改制而来，所以引线比单 管半导体激光器列阵的引线要短，而且本技术的引线为银焊，和单管半导体激光器列 阵引线的锡焊相比，银焊的接触电阻要小于锡焊的接触电阻，由于引线较短和接触电阻较 小，所以本技术引线的损耗更小，连线可靠性更高。4. 本技术可以根据半导体激光器列阵的功率和半导体激光器发光元的发光面的宽 度以及片状激光晶体的材料、掺杂浓度和几何形状等具体情况，适当地设置半导体激光器 发光元之间的距离，使激光功率密度调整到片状激光晶体能达到较好散热效果的范围，同 时结合利用由于片状激光晶体因其表面积与体积比值较大而具有较好散热效果的特点，从 而较好地解决了大功率全固态激光器的晶体热效应问题，更好地平衡了激光输出功率与激 光效率之间的关系，有效地提高了全固态激光器的电光转换效率。由于晶体热效应的较好 解决，全固态激光器可以选择使用体积更小的激光晶体和非线性光学晶体。此外，半导体 激光器列阵和片状激光晶体的结合，显著地缩小了大功率全固态激光器的体积，从直观上将全固态激光器的体积缩小了十倍以上，实现了全固态激光器的微型化，将大功率全固态 激光器拓展到以前由于体积大而无法应用的全新领域，对大功率全固态激光器的技术拓展 与进步具有巨大意义。5.在全固态激光器需要频率转换的情况下，由于热效应的有效解决，光束质量得到了 提高，而光束质量的提高有利于提高非线性光学晶体的转换效率，因此使得全固态激光器 的输出效率得到了提高，而且由于非线性转换效率的提高，可不必再通过增加非线性光学 晶体的长度来提高非线性转换效率，从而达到进一步缩小全固态激光器体积的显著效果。综上所述，本技术采用串联的半导体激光器列阵作为泵浦源，以半导体激光器发 光元的间距和半导体激光器发光元的发光面的宽度的一定比例关系来结合片状激光晶体使 用，不仅有效地解决了大功率全固态激光器的晶体热效应问题，大幅度地提高了电光转换 效率，并提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态激光器用的激光头，包括半导体激光器列阵、光学耦合器件和由光学部件组成的谐振腔；其中所述半导体激光器列阵输出光路上设置所述光学耦合器件和所述谐振腔；其特征在于，还包括片状激光晶体；　所述半导体激光器列阵由一个半导体激光器列阵模 块或者两个或两个以上串联的半导体激光器列阵模块构成；　所述半导体激光器列阵模块包括两个或两个以上串联的半导体激光器发光元；　相邻的所述半导体激光器发光元的最小间距与一个所述半导体激光器发光元的发光面在所述半导体激光器发光元的线阵 排列方向上的宽度的比值大于５。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：毕勇，贾中达，赵江山，宫武鹏，王斌，颜博霞，冯美岩，
申请(专利权)人：北京中视中科光电技术有限公司，中国科学院光电研究院，
类型：实用新型
国别省市：11[中国|北京]