一種光強可調的腔內倍頻雷射器的製作方法
2023-10-17 09:54:24
專利名稱：一種光強可調的腔內倍頻雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及雷射器領域，尤其涉及腔內倍頻雷射器領域。
背景技術：
雷射器具有很好的單色性、方向性。使用雷射作為顯示光源、其色度三角形大，飽 和度高，與各種視頻信號匹配良好。隨著經濟發展和生活水平的提高，雷射顯示的各個產品 化方向，大屏幕、超大屏幕到手機式投影儀，都得到了全面發展。雷射顯示技術的核心關鍵 技術包括紅綠藍三基色雷射光源和圖像調製技術等。在紅綠藍三基色雷射光源方面，以紅 外全固態雷射進行倍頻變換產生紅綠藍三基色雷射的技術，在小型化方面取得了突破。在 圖像調製技術方面，高速寬帶聲光調製器一直是雷射顯示中常用的雷射光強調製器。但是 聲光調製器體積較大，寬帶調製的製造難度大，成本高等缺點能為限制雷射顯示發展的一 個因素。
實用新型內容因此，本實用新型提出一種光強可調的腔內倍頻雷射器結構。該雷射器的方法是 利用基頻與諧波相對相位對倍頻光輸出功率的影響來對輸出倍頻光的光強進行調製。本實 用新型的腔內倍頻雷射器結構的調製方法容易實現，並且，調製器與雷射器集成在一起，縮 小了器件的體積。本實用新型的技術方案是本實用新型的光強可調的腔內倍頻雷射器是在雷射器的基頻光的諧振腔內的光 路上依次設置由一倍頻晶體和相位調製器構成的倍頻調製單元替代其一端的腔鏡。進一步的，所述的雷射器的諧振腔是直線型諧振腔或V型諧振腔或Z型諧振腔。進一步的，所述的相位調製器是在調製元件至少一個端面鍍有一個反射膜，另一 個反射膜鍍於其他光學元件端面上。或者也可以是在調製元件的兩個端面均鍍有反射膜。或者進一步的，所述的相位調製器是在調製元件一個端面連接至一個反射鏡。更進一步的，所述的調製元件是電光調製晶體或磁光調製晶體或聲光調製晶體或 電致伸縮調製元件。進一步的，所述的雷射器是固體雷射器或者氣體雷射器。本實用新型的雷射器機構的光強調製的過程包括以下幾個步驟由雷射介質發射的頻率為《的雷射射入倍頻晶體中，與倍頻晶體相互作用產生 頻率為2 的倍頻光；由上述倍頻晶體的出射面出射的上述基頻光被第一個反射鏡反射回 上述倍頻晶體的所述出射面；由上述倍頻晶體的所述出射面出射的所述倍頻光被第二個反 射鏡反射回上述倍頻晶體的所述出射面；所述基頻光在所述出射面出射到被所述的第一個反射鏡反射回所述出射面的整 個過程所走過的光程為0L1，所述倍頻光在所述出射光出射到被第二個反射鏡反射回所述 出射面的整個過程所走過的光程為0L2 ；[0014]在所述出射面處，被反射的所述基頻光和倍頻光的光程0L1和0L2不同，基頻光和 倍頻光存在相對相位差；當所述的相對相位差由0變到Ji的時，被反射回所述倍頻晶體的倍頻光通過所述 倍頻晶體後期輸出功率由最大變為零。本實用新型的雷射器是利用所述的相位調製器調製所述的基頻光和倍頻光的所 述的相對相位差，以實現對輸出倍頻光光強的調製。本實用新型採用如上技術方案，通過一種更易於實現的倍頻光調製方法實現倍頻 光強的調製。不僅結構簡單可靠，而且大大縮小了器件的體積。
圖1是一個典型的V型腔內倍頻雷射器的結構示意圖；圖2是倍頻光在雷射腔中產生和傳播的過程示意圖；圖3是本實用新型的雷射器的實施例1的結構示意圖；圖4是本實用新型的倍頻調製單元的實施例1的結構示意圖；圖5是本實用新型的倍頻調製單元的實施例2的結構示意圖；圖6是本實用新型的雷射器的實施例2的結構示意圖；圖7是本實用新型的雷射器的實施例3的結構示意圖；圖8是本實用新型的雷射器的實施例4的結構示意圖；圖9是本實用新型的雷射器的實施例5的結構示意圖；圖10是本實用新型的雷射器的實施例6的結構示意圖。
具體實施方式
現結合附圖和具體實施方式
對本實用新型進一步說明。圖1為一個典型的V型腔內倍頻雷射器的結構圖。雷射晶體502吸收泵浦光能量 506輻射出頻率為(0的雷射，雷射在兩個腔鏡501和505之間震蕩，其間反覆通過倍頻晶體 504，產生頻率為2 的倍頻光，倍頻光通過輸出耦合鏡503射出雷射器。輸出耦合鏡503 上鍍對基頻光高反、對倍頻光增透的介質膜。倍頻光在雷射腔中產生和傳播的過程如圖2所示。基頻光(《)從左邊注入，倍頻 晶體103的長度為1，其兩端面對基頻光和倍頻光(2 )雙增透，記左端面為端面101，右端 面為端面102，反射鏡104對基頻光和倍頻光雙全反。坐標軸取向為從左向右。在小信號條 件近似下，近似認為被反射鏡104反射回的基頻光振幅與從左邊注入的基頻光振幅相當， 可統一取為Ep取向右傳播的倍頻光振幅為E2+(z)，向左傳播的倍頻光振幅為E2_(Z)。二次 諧波非線性方程為 dEl ⑷=-iBexp(iAk z)(1)
oz
dE^ (z),、2K = -iB expO^d),). exp(iAk ■ z)(2) oz其中5 = //。叫2逝12/2、，11(1為真空磁導率，《 Q為基頻光頻率，d為倍頻晶體的有效 二階非線性係數，為基頻光從倍頻晶體端面102傳播到反射鏡104再被反射回端面102
4時整個過程所引入的相對相移，Ak = k2-2ki; Ic1和k2分別為基頻光和倍頻光的波矢。二次諧波初始條件￡2+ (0) = 0 ,在相位匹配條件下，從z = ο到z= 1積分方程⑴， 求解得E+2(l) = -iBl(3)正向傳播的基頻光產生的二次諧波E2+(l)被反射鏡M完全反射回去，因此，方程 (2)的初始條件為
, φ2指二次諧波從非線性晶體端面102傳播到反 射鏡104再被反射回端面102時整個過程所引入的相移。求解方程(2)得 所以從z = 0 一側輸出的倍頻光功率Pa為Pa = 4B2l2cos2 (φ2/2－φ1)(5)由上式可見，當基頻光和倍頻光反向經過倍頻晶體103時，倍頻光場是放大還 是縮小，依賴於倍頻光與基頻光的相對相位。當倍頻光與基頻光的相對相位為3Φ = Φ2/2-Φι = O時，基頻光將轉化為倍頻光；當相對相位為δ Φ = π時，倍頻光的輸出功率 為零。可見，調整基頻光與倍頻光的相對位相就可以調節倍頻光的輸出光強。本實用新型就是基於上述原理提出一種調製腔內倍頻雷射器出射倍頻光強的方 法和光強可調的腔內倍頻雷射器。本實用新型的實施例1結構如圖3所示。其中包括雷射介質12，輸出耦合鏡13， 倍頻晶體14，和電光相位調製器15。雷射介質12的前表面121鍍對基頻光高反、對泵浦光 增透的介質膜做為前腔鏡，其後表面122鍍基頻光增透膜。輸出耦合鏡13的凹面131鍍對 基頻光高反、對倍頻光增透的介質膜，其平面132鍍基頻光增透膜。倍頻晶體14的兩個表 面141、142皆鍍對基頻光、倍頻光雙增透的介質膜。電光相位調製器15的前表面151鍍對 基頻光高反、對倍頻光增透的介質膜，做為雷射器諧振腔的後腔鏡，其後表面152鍍對倍頻 光高反的介質膜。此雷射器工作過程是泵浦源11所發出的泵浦光通過雷射介質前表面121耦合進 雷射介質12，雷射介質12吸收泵浦光能量後輻射頻率為ω的雷射，此雷射在由121面和 142面構成的諧振腔內振蕩。頻率為ω的基頻光與倍頻晶體14相互作用產生頻率為2 ω 的倍頻光。通過倍頻晶體14後，基頻光在電光相位調製器15的前表面151被反射回到倍 頻晶體的後表面142，倍頻光被電光相位調製器15的後表面152反射回到倍頻晶體的後表 面142。在面142處，倍頻光與基頻光的相對相位差為 其中，η為倍頻光在相位調製器15中的折射率。由前面的分析可知，當δ Φ = O 時，基頻光將轉化為倍頻光；當相對相位為δ Φ = π時，倍頻光的輸出功率為零。因此，通 過調整電光相位調製器上的電壓，就可以控制δ Φ，進而控制雷射器輸出倍頻光的功率。在上述結構中，相位調製器15不拘泥於電光效應的調製器，也可以利用磁光效 應、熱光效應、電致伸縮等效應調製基頻光和倍頻光的相對相位差。在上述結構中，我們把倍頻晶體14和相位調製器15作為一個單元，稱為倍頻調製 單元4。此倍頻調製單元4結構的一個實施例結構如圖4所示。它包括倍頻晶體24，基頻 光反射鏡25，倍頻光反射鏡26和一個電致伸縮元件27。基頻光反射鏡25鍍對基頻光高反射、對倍頻光增透的介質膜，倍頻光反射鏡26的前表面261鍍對倍頻光高反射的介質膜，後 表面262與電錶伸縮元件27連接在一起。在該實施例中，經過倍頻晶體24的基頻光被基 頻光反射鏡25反射回倍頻晶體24的後表面242，在倍頻晶體24中產生的倍頻光透過基頻 光反射鏡25，被倍頻光反射鏡26反射回倍頻晶體24的後表面。基頻光和倍頻光在面242 處的相對相位差由連接在電致伸縮元件27上的倍頻光反射鏡26在電致伸縮元件27的帶 動下前後移動來控制，進而控制雷射器的倍頻光輸出功率。在上述結構中，對基頻光的高反射膜也可以鍍在倍頻晶體24的後表面242處，從 而省略基頻光反射鏡25。上述倍頻調製單元4的另一個實施例結構如圖5所示。它包括倍頻晶體44，反 射鏡45、47，電致伸縮元件46。倍頻晶體的前表面441、後表面442皆鍍對基頻光、倍頻光 的增透膜，反射鏡45的前端面451鍍介質膜，使其對基頻光增透，對倍頻光高反，反射鏡45 的後表面452連接在電致伸縮元件46上，反射鏡47的表面471鍍介質膜，使其對基頻光高 反。分別被反射鏡45、47反射的基頻光和倍頻光，在面442處的相對相位差由連接在電致 伸縮元件46上的反射鏡45在電致伸縮元件46的帶動下前後移動來控制，進而控制雷射器 的倍頻光輸出功率。本實用新型所提出的光強可調的腔內倍頻雷射器結構，不僅可應用於V型腔，也 可以應用在Z型腔和直線腔裡。圖6就是本實用新型所涉及的直線腔的光強可調腔內倍頻 雷射器的一個實例。其中倍頻調製單元604如上述的結構。輸出耦合鏡603置於雷射晶體 602和倍頻調製單元604之間，對基頻光透射，並把倍頻光反射出雷射器，泵浦光源601為置 於雷射晶體602前，為其提供泵浦能量。本實用新型所涉及的直線腔的光強可調腔內倍頻雷射器的另一種實施例結構如 圖7-圖10所示。它包括泵浦光源701，相位調製器702，倍頻晶體703，雷射晶體704。如 圖7所示的實施例3中，相位調製器702的前表面7021鍍對倍頻光高反，對泵浦光增透的介 質膜，後表面7022鍍對基頻光高反，對倍頻光及泵浦光增透的介質膜，作為雷射器諧振腔 的前腔鏡；倍頻晶體703的兩個表面7031、7032皆鍍對基頻光、倍頻光和泵浦光增透的介質 膜；雷射晶體704的前表面7041鍍對基頻光、倍頻光和泵浦光增透的介質膜，後表面7042 鍍對倍頻光增透，對基頻光高反的介質膜，做為雷射器諧振腔的後腔鏡。分別被面7021、 7022反射的倍頻光和基頻光在面7031處的相對相位差由相位調製器控制702，這個相位調 制器702可以是電光調製器，磁光調製器、聲光調製器和電制伸縮調製器等。通過對上述的 相對相位差的控制來調製倍頻光的輸出光強。如圖8所示的實施例4，上述結構中作為前腔鏡的介質膜也可以鍍在倍頻晶體703 的前表面7031上。上述結構中的相位調製器702還可以用透明電光陶瓷或單晶，倍頻光的高反膜鍍 在透明電光元件的後表面。如圖9所示的實施例5中，其中雷射器前腔鏡為倍頻晶體703 的前表面7031。上述結構中相位調製器702的另一個實例如圖10所示。它由連接在電致伸縮元 件705上的鍍有對倍頻光高反的介質膜的透明元件構成。儘管結合優選實施方案具體展示和介紹了本實用新型，但所屬領域的技術人員應 該明白，在不脫離所附權利要求書所限定的本實用新型的精神和範圍內，在形式上和細節上可以對本實用新型做出各種變化，均為本實用新型的保護範圍。
權利要求一種光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是在雷射器的基頻光的諧振腔內的光路上依次設置由一倍頻晶體和相位調製器構成的倍頻調製單元替代其一端的腔鏡。
2.根據權利要求1所述的光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是所述的雷射器的諧 振腔是直線型諧振腔或V型諧振腔或Z型諧振腔。
3.根據權利要求1所述的光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是所述的相位調製器 是在調製元件至少一個端面鍍有一個反射膜。
4.根據權利要求1所述的光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是所述的相位調製器 是在調製元件的兩個端面均鍍有反射膜。
5.根據權利要求1所述的光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是所述的相位調製器 是在調製元件一個端面連接至一個反射鏡。
6.根據權利要求3或4或5所述的光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是所述的調 制元件是電光調製晶體或磁光調製晶體或聲光調製晶體或電致伸縮調製元件。
7.根據權利要求1所述的光強可調的腔內倍頻雷射器，其特徵是所述的雷射器是固 體雷射器或者氣體雷射器。
專利摘要本實用新型涉及雷射器領域，尤其涉及腔內倍頻雷射器領域。本實用新型的光強可調的腔內倍頻雷射器是在雷射器的基頻光的諧振腔內的光路上依次設置由一倍頻晶體和相位調製器構成的倍頻調製單元替代其一端的腔鏡。所述的雷射器的諧振腔是直線型諧振腔或V型諧振腔或Z型諧振腔。所述的調製元件是電光調製晶體或磁光調製晶體或聲光調製晶體或電致伸縮調製元件。本實用新型的雷射器的方法是利用基頻與諧波相對相位對倍頻光輸出功率的影響來對輸出倍頻光的光強進行調製。本實用新型的腔內倍頻雷射器結構的調製方法容易實現，並且，調製器與雷射器集成在一起，縮小了器件的體積。
文檔編號H01S3/05GK201608421SQ20092026598
公開日2010年10月13日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者任策, 凌吉武, 吳礪 申請人:福州高意通訊有限公司