专利名称：稳定化全固态激光装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及光学器件领域，尤其涉及一种稳定化全固态激光装置，该装置能 实现宽温功率稳定输出。技术背景用半导体激光二极管抽运的全固态激光装置具有转换效率高、结构紧凑、工 作寿命长、使用方便等特点。在激光通信、材料加工、激光打印、激光投影显示、 激光娱乐、激光医疗，科学仪器等诸多领域都已得到广泛应用。在众多的实际应用 中，功率稳定是全固态激光装置的一个关键技术指标。在常规的全固态激光装置结构中，皆采用F-P腔半导体激光二极管(LD)为轴运光源。由于这种LDF-P腔结构 的制约，以及半导体特性对温度敏感的本质，致使LD的多纵摸激光谱线宽较宽， 典型的半功率光谱全宽(A入)约为(3-6)nm;而且激光阈值Ith，输出功率P，峰值 波长入等性能随环境温度而变化，典型的波长/温度变化为(2.8-3.5) nm/° C。 同时LD工作电流的改变同样要造成LD峰值波长的移动。如此激光特性将严重影响 固态激光器激光转换效率和输出功率稳定性。为此，人们在提高全固态激光装置的激光转换效率和改善输出功率稳定性已 开展了几方面的工作(1)在全固态激光装置的驱动电路中采用温控技术，闭环 功率反馈技术等；(2 )例如，US2007/0165683A1专利采用至少二段偏振转换区的 谐波器件来改善温度波动造成二次谐波效率的退化；而另有专利(申请号 200510122588.9 )通过加温倍频晶体(48° C)的措施补偿热畸变引起的高功率内 腔倍频激光器的相位失配。与以上方案相比，最有效的解决方案是选用稳频半导体LD作为全固态激光装 置的pump源。这要归于稳频LD具有以下特点(1 )单纵摸，窄线宽(DFB-LD的 光谱线宽为(40-20 ) MHz) ; (2)波长随温度变化小，波长温度系数(A入/AT)比 FP腔LD d、一个量级。由此可以成倍地提高pump光的利用率，大大改善全固态激 光装置的功率稳定性，提高工作可靠性。此外，采用稳频LD作为pump源，可以简化全固态激光装置的温控结构和散 热设计，从而使全固态激光装置更为紧凑灵巧，使用更为便捷。就现今半导体LD稳频技术而言，可分为二大类。(1 )选频色散元件(Bragg 衍射光栅等)集成在激光二极管(LD)谐振腔内，即称为分布反馈(DFB) LD或分 布Bragg反射LD，典型的结构如图1示意，其中从上到下依次包括P+欧姆接触层 101、 P限制层102、光栅波导层103、量子阱有源层104、 n限制层105、 n緩沖层 106、 n型衬底107; ( 2 )选频色散元件置于半导体谐振腔外，构成复合外腔。的 Bragg光栅可以是平面衍射光栅，体光栅或光纤光栅等，典型的结构分别如图2， 图3,图4所示。图2所示的表面衍射光栅外腔激光器至少包括F-PLD201、平面 全反镜202和刻划光栅203。图3所示的体光栅外腔激光器至少包括F-P LD 301 和光致折变体光栅302。图4所示的光纤光栅外腔激光器至少包括F-P LD 401和 光栅光纤402。其中DFB-LD，体光栅外腔LD已有作为pump源的报道(光学学报)， 但真正的实用化，在器件价格和外腔结构稳定性等诸多方面面临严重的挑战。发明内容针对上述技术背景，本发明提出一种技术新颖、结构简单、性价比高的外腔 半导体激光器作为固态激光器的抽运光源，以实现全固态激光装置功率稳定化。为此，本发明提供了一种稳定化全固态激光装置，它包括一个用作抽运光源， 具有波长稳定功能的折叠型外腔激光器，该外腔激光器包括FP激光二极管以及 位于FP激光二极管输出端处的含倾斜光栅的光纤。其中，倾斜光栅的光栅平面与 光纤的轴线形成一倾角，且各光栅平面之间间隔一光栅周期。FP激光二极管射出 的激光垂直入射光纤，该激光的一部分经光栅衍射再经光纤内部的全反射重新反馈 回FP激光二极管内参与振荡。此外，上述稳定化全固态激光装置还可以包括设置于外腔激光器输出端处 的工作介质；以及设置于工作介质输出端处的光电转换反馈控制系统。此外，在上述稳定化全固态激光装置中，光纤的两个端面上镀敷有抽运光的 高反膜。此外，在上述稳定化全固态激光装置中，光纤的材料为具有光致折变性能的 玻璃纤维或具有光敏性的掺Ge或B的石英光纤。光纤的芯径大小也可根据抽运方 式和介质尺寸确定。本发明的特点在于(1) Bragg波长决定于光^f册周期，由于石英光纤热膨胀系数4艮小(10—7),因 此因温度引起光栅周期而导致波长的变化为pm/K量级。故倾斜光纤光栅折叠外腔 激光器的输出波长稳定性4艮好，确保全固态激光装置总体效率高，宽温工作稳定。(2) 光纤光栅体积极小，坚固牢靠，与二极管构成外腔，结构紧凑耐用，有 利于实用化。(3) 倾斜光纤光栅既是外腔色散元件，同时又是住面透镜，用作激光二极管 快轴方向的压缩，兼具稳频和聚焦的双重功用，推进全固态激光装置结构的小型化， 微型化。(4 )倾斜光纤光栅外腔同时也适用于bar条组件pump源的宽温波长稳定。 应当理解，本发明以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性 的，并且旨在为如权利要求所述的本发明提供进一步的解释。
包括附图是为提供对本发明进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部 分，附图示出了本发明的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。 附图中图1示出了 DFB半导体激光二极管的结构；图2是表面衍射光栅外腔激光器的结构示意图；图3是体光栅外腔激光器的结构示意图；图4是光纤光栅外腔激光器的结构示意图；图5是根据本发明的稳定全固态激光装置的结构框图；图6是本发明的含倾斜光栅的光纤的结构示意图；图7a和7b示出了 D形含倾斜光栅的光纤的结构示意图；图8是含倾斜光栅光纤折叠式外腔激光器的装配图。
具体实施方式
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。本发明是利用倾斜光栅光纤与常规的F-P LD组成一个折叠外腔，通过光纤光 栅的Bragg反射，实现在一个很宽的温度范围内，外腔激光二极管的激射波长稳定 在固态激光器的工作介质的吸收光谱线宽范围内，从而达到全固态激光装置输出功率稳定运转。我们把内置有这种pump源的固态激光器命名为稳定化全固态激光装置。稳定化全固态激光装置的基本结构框图如图5所示。它包括一用作抽运光源 的外腔激光器501、经光学聚焦后从端面或侧面去抽运带有谐振腔的固态激光器的 工作介质502以及为监控激光器的功率输出而在光路上设置的PD光电转换反馈控 制装置503,这些部件整体密封于外壳504之内。其中，以上的部件502、 503和 504的详细内部结构和技术描述与本7>司已有美国专利7003006基本相同，在此不 再重述。以下着重描述本发明的关键部件外腔激光器501。图6详细示出了该具有倾斜光栅光纤的折叠外腔激光器501的结构。该外腔 激光器501由FP激光二极管601和含倾斜光^f册的光纤602组成。含倾斜光4册的光 纤602位于FP激光二极管601输出腔面的前端，其中光纤602的轴线平行于FP 激光二极管601的腔面，并对准FP激光二极管601的有源区。此外，含倾斜光栅的光纤602的结构和基本参数由图7详细示出。通常，含 倾斜光栅的光纤602 —般包含芯层701 (折射率n芯)和包层702 (折射率n包)， 或者只有芯层701也可以。如图6所示，光栅平面与光纤轴线的夹角余弦为光栅倾 角仏光栅周期为A,光栅轴向周期为Ag =A/Con^。光纤的二个端面镀敷有抽运光 的高反膜。如图6所示，FP激光二极管601射出的激光垂直入射所述光纤602,该激光 的一部分经光栅衍射再经光纤内部的全反射重新反馈回所述FP激光二极管内参与 振荡。该工作原理可以用几何光学和纤维光学的方法予以描述。首先，可以把倾斜 光栅等效成一个反射型平面光栅。当从LD发出的光垂直入射光纤时， 一部份被光 栅衍射进入光纤内，其衍射光路如图6所示。来自LD激光的入射角为cc,衍射角 为卩。为了使被倾斜光纤光栅衍射的光能在光纤内传输，根据费涅耳折射定律可知， 此衍射光需满足全内反射条件即全内反射角ca,等于或大于arcsin(n空/n包)。这 部分局限在光纤内传输衍射光，通过光纤两个端面的反射。根据光路径的可逆性， 被二个4面反射的衍射光又有一部分经光栅重新返馈回LD腔内参与振荡；如此内/ 外腔多次反复，只有那些满足相位匹配条件波长的光得到振荡，实现单纵摸激光输 出。由此可见倾斜光纤光栅充当折叠外腔，行使选模，压缩线宽的功能。光谱线宽 AX与光栅条文数目成反比，即倾斜光栅的反射率。此外，也可把倾斜光栅光纤理解为一个带通滤波器。它的滤波特性决定了波长稳定性能，而倾斜光栅的滤波特性，包括通带线宽、反射率等，密切依赖于光栅参数和制备工艺，因此，倾斜光栅光纤602要根据应用需求进行专门的设计和制备。 所用光纤应具有光敏性的掺Ge或B等石英光纤，也可是具有光致折变性能的玻璃 纤维，芯径大小可根据抽运方式和介质尺寸来选^^。还需指出的是，上述结构中的倾斜光栅光纤不仅是个选频色散元件，而且是 一个住面透镜，发挥对LD快轴压缩的功能，替代常用的光学聚焦系统，可使得本 发明的全固态激光装置的结构更为紧揍牢靠稳定。以下，给出本发明的一个实施例和装配程序，但以下的描述并不构成对本发 明的任何限制，本发明也可以在不背离本发明的精神的前提下釆用其它具体参数或 材料。1 .倾斜光纤光栅的制备采用芯层701直径100ixm/包层702外径140^1掺 锗(Ge)单模光纤l-22,经过高压载氢后，剥去尼龙包层，切割小段并研磨抛光成 如图7b所示的D形截面。而后采用相位掩模板和紫外光致折变技术来制备倾斜光 纤光栅，如图7a所示。倾斜光栅光纤的基本参数根据光栅衍射的光在光纤内传播满足全反条件，以 及光4册衍射方程(1 )和Bragg相位匹配公式(2 ):<formula>formula see original document page 7</formula> (1 )<formula>formula see original document page 7</formula> (2)式中入b为Bragg书f射波长，A为光^^周期。根据图6的衍射光路的几何关系，则分别可计算出全反射临界角为43.2 3°倾斜光栅703的倾斜角"=31°，其中光纤折射率neff=l. 46。 考虑到L D实际工作时的驱动电流引起的温升，设计光栅周期A时比计算值偏 小，针对808nm工作波长，取光栅周期704 ( A ) =535nm。 最后，在光纤光栅的二个端面上蒸镀808nm的高反膜。 2.外腔激光器的组装外腔激光器的内在结构如图8所示，它是由多摸高功率F-P腔LD芯片801、 热沉802、金丝电极引线803、过度电极804、两端镀有高反射膜的倾斜光栅光纤 805以及光纤支梁806等元器件组成。其装配过程如下(1 )先用高温焊料Su把 过渡电极804和光纤支梁806分别键合在热沉802各自规定的表面(如图所示)的 区域；2)把F-P LD芯片801， P面朝下，采用4建合(die-bonding )在热沉802上表面中间部位；3)用金丝球焊机引上金丝电极引线803,并连接过度电极804 之间电路联通；4)在光学平台上通过精密光学调整和LD的实时远场监视，把D 形倾斜光栅光纤固定在光纤支梁805上，构建完成折叠式外腔激光器。3.选择100 mW级Nd: YV04: KTP微片按照图5的布局置于倾斜光纤光栅折叠外 腔激光器的前端，以端注入方式实现0. 5mm3小型高效稳定化绿光激光器。本领域技术人员可显见，可对本发明的上述示例性实施例进行各种修改和 变型而不偏离本发明的精神和范围。因此，旨在使本发明覆盖落在所附权利要 求书及其等效技术方案范围内的对本发明的修改和变型。
权利要求
1.一种稳定化全固态激光装置，其特征在于，包括一用作抽运光源、用于稳定波长的外腔激光器，该外腔激光器包括FP激光二极管；以及含倾斜光栅的光纤，位于所述FP激光二极管输出端处，其中所述倾斜光栅的光栅平面与所述光纤的轴线形成一倾角，且各光栅平面之间间隔一光栅周期，所述FP激光二极管射出的激光垂直入射所述光纤，该激光的一部分经光栅衍射再经光纤内部的全反射重新反馈回所述FP激光二极管内参与振荡。
2. 如权利要求1所述的稳定化全固态激光装置，其特征在于，还包括 设置于所述外腔激光器输出端处的工作介质；以及 设置于所述工作介质输出端处的光电转换反馈控制系统。
3. 如权利要求1所述的稳定化全固态激光装置，其特征在于，所述光纤的两 个端面上镀敷有抽运光的高反膜。
4. 如权利要求1所述的稳定化全固态激光装置，其特征在于，所述光纤的材 料为具有光致折变性能的玻璃纤维或具有光敏性的掺Ge或B的石英光纤。
5. 如权利要求1所述的稳定化全固态激光装置，其特征在于， 所述光纤的芯径大小根据抽运方式和介质尺寸确定。
全文摘要
本发明提供了一种稳定化全固态激光装置，它包括一用作抽运光源、波长稳定功能的折叠型外腔激光器，该外腔激光器包括FP激光二极管以及位于FP激光二极管输出端处的含倾斜光栅的光纤。其中，倾斜光栅的光栅平面与光纤的轴线形成一倾角，且各光栅平面之间间隔一光栅周期。FP激光二极管射出的激光垂直入射光纤，该激光的一部分经光栅衍射再经光纤内部的全反射重新反馈回FP激光二极管内参与振荡。该激光装置采用结构简单、性价比高的外腔半导体激光器作为抽运光源，以实现全固态激光装置功率稳定化。
文档编号H01S3/00GK101242074SQ200810033160
公开日2008年8月13日 申请日期2008年1月28日 优先权日2008年1月28日
发明者强 付, 张哨峰, 李大汕, 杨金涛, 胡企铨, 陈高庭, 黄春乐 申请人:上海高意激光技术有限公司