單一頻率的單塊線性雷射器件及包含該器件的系統的製作方法

2023-07-05 07:11:46 7

專利名稱：單一頻率的單塊線性雷射器件及包含該器件的系統的製作方法
單一頻率的單塊線性雷射器件及包含該器件的系統
本發明涉及雷射二極體泵浦單塊固體雷射器件，尤其涉及單模 內腔加倍固體雷射器件。還涉及用於製作這種器件的方法。
本發明可以特別有利地應用於產生藍色或綠色雷射的領域，但 這並非是唯一的用途。
例如採用多模二極體，在可見光鐠473nm處發射一束具有良好 空間和光譜質量的雷射，尤其可以在工業和醫學上加以利用。被稱 為諧波的這種波長可以在946nm的一個被稱為基波的波長處，就摻 雜釹的釔鋁石榴石(Nd:YAG)進行雷射發射的頻率加倍而獲得。
一般來說，內腔加倍雷射包含一個用於對固體雷射器件，例如 Nd: YAG進行泵浦的雷射二極體，在946nm處形成放大器。為了進 行加倍，可以將一個非線性晶體連接到用倍頻技術把近紅外基本信 號轉變為可見信號的放大器上(也被稱為"第二諧波階段SHG")。 從而得到等於基波波長用2除的諧波波長。放大器和非線性晶體包 含在一個空腔中，在雷射束的路徑上，空腔的兩個端頭相對的表面 可以反射某些波長。
但是，如果要求連續進行發射，基本發射的功率就小於雷射二 極管的功率，則倍頻的效率很低。
標題為 "Diode pumped laser and doubling to obtain blue light" ( "二極體泵浦雷射器和加倍獲得藍光")的美國 專利US 4 809 291現已/〉開，在這篇專利中，R.L.Byer和T.Y.Fan 提議用內腔加倍以便增加946nm基波波長的功率，從而增加加倍效 率。在一篇1988年發表於Journal Optics Letters (第13巻 第137 — 139頁)的題為"Efficient blue emission from an intracavity-doubled 946 nm Nd: YAG Laser"("來自於 內腔加倍946nm Nd: YAG雷射器的高效藍光發射")的文章中，Dixon 等人提出用內腔加倍Nd: YAG基雷射器進行5mW藍光(473 nm) 發射。Nd濃度為l.l at.%，加倍效率僅為2%。
這些內腔加倍雷射器件的主要問題是存在軸模及偽偏振，軸模 及偽偏振降低了雷射效率並且是大功率波動的原因。舉例來說，
Matthews等人在題為"Diode pumping in a blue (473 nm) Nd: YAG/KNb03 microchip laser"("藍色(473 nm) Nd: YAG/KNb03微晶片雷射器中的二極體泵浦"(CLEO'96第9巻第 174頁)中，展示了具有強度大於10%的波動的26.5mW藍光。
更精確地說，內腔倍頻導致選擇性損耗，而損耗隨主雷射器件 發射的泵浦功率而增加。加倍效率增加時，空腔的平均粒子數反轉 必須增加，以便補償額外損耗。但是，這使得相鄰模及正交偏振發 射開始發出雷射。對於相鄰模來說，這是"空間洞燃燒"之外的效 果，因為"空間洞燃燒"已經使相鄰模發出雷射了。
空腔中發出雷射的不同模與放大媒*合(增益竟爭)並與倍 頻媒介耦合(頻率增加)。這些耦合是非線性的並且參與到一個復 雜的非線性活動中。後者導致^:高的或者甚至混亂的功率波動。
如果倍頻是"類型I"的，正交偏振模不受有效倍頻的影響(在 基波和諧波之間沒有相適應)。這些模通過泵浦功率的增長來穩定 粒子數反轉。它們使轉換效率減緩，轉換效率的增加需要增加粒子 數反轉。只有"空間洞燃燒，，效應允許轉換效率略微增加。已經提 出幾種製造雷射單模或將非線性晶體中的模拆開的方法。這些方法 可分為三類
a) 第一種是在空腔中引入一個標準具。這種方法，特別是Y. Shimoji在美國專利5,838,713中所公開的，引起了幾個問題。 標準具引起空腔中的損耗，除非它由YAG和加倍晶體的面形成。在 後者的情況下，要求定位非常精確(亞微米)，很難在工業上獲得 並且很難穩定。解決這個問題的一個方法是隨著加倍晶體在接觸面 的一部分插入一個角度，將放大媒介引入光接觸。這個角度在兩種
材料之間產生一個空氣隙。這個方法使接觸變弱，從而減弱了單塊 雷射器件的完整性，並且不允許用粘合劑保護接觸面。
b) 第二類包括基本的偏振。放大媒介可以插入兩個四分之一 波長板之間，目的是消除"空間洞燃燒"效應，詳見G .Hollemann 等人的"Frequency-stabilized diode-pumped Nd:YAG laser at 946 nm with harmonics at 473 nm and 237 nm〃 ("帶有473nm和237nm諧波的頻率穩定的二極體泵浦946nmNd: YAG雷射器")Opt. Lett. 19,第192頁，1994年2月。這個方法有一個缺點，就是在空腔中造成損耗。
有一個實施方案，表示可以通過類型I加倍，其中基本雷射束 沿晶體的一個光軸傳播(通常是慢軸)，諧波雷射束沿晶體的其他
光軸傳播，與第一個正交。當它可能切割晶體時，類型I加倍出現， 因此光軸對基波波長的折射率等於其他光軸對諧波波長的折射率。
這就是KNb03的情況。
有一個實施方案，表示可以通過類型II加倍，其中基本雷射 束存在於兩個軸上，當基本雷射束的偏振與光軸形成45°角時，轉 換係數最佳。
c)第三種方法是減小空腔的長度。這是1993年10月A. Mooradian在專利US 5 ,256 ,164中提出的。對於946nm處發射 的lnm線寬來說(對比1.064 pm處線的0.6nm)， Mooradian 的公式需要小於300pm的空腔長度，包括YAG和KNb03。迄今公布 或申請專利的微片中的Nd濃度不超過l.latJ。這等於808.4 nm 處的0.85 mnf1的衰減，即每100pm厚度的被吸收的泵浦功率的 8.1%及每200萍被吸收的泵浦功率的15.6%。但是，KNb。3的100 或200nm不能提供適當的轉換效率。因此，按照Mooradian不等 式設計的微片雷射器件好像不能用1W雷射二極體泵浦功率發射大 於幾mW的藍光。
文件"Low-noise diode-pumped intracavity-doubled laser with off-axially cut Nd: YV04"("用軸向截止切 割Nd:YV04的低噪聲二極體泵浦內腔加倍雷射器件")(Opt. Lett. 19,第1624頁，K. Suzuki等人)，描述了在與平凹透鏡結合時 離開效應的使用。此類器件不能提供高可靠性。
此夕卜，由T. Y. FAN在〃Single-Axial Mode, Intracavity Doubled Nd: YAG Laser〃 ("單軸向模，內腔加倍的Nd: YAG 雷射器，，)(IEEE Journal of Quantum Electronics, 第 27巻，1991年9月9日)中提出的一種有效方法，因製造一種內 腔加倍單頻雷射器件而為眾所知。在這種方法中，放大媒介(Nd: YAG)在相對於空氣的布儒斯特(Brewster)角處被切割。非線性， 雙折射晶體在45。受到基波的觸擊(類型II加倍)。兩個布儒斯特 角在正交偏振中引起顯著的損耗，並阻止其發出雷射。還在雙折射
晶體引起偏轉旋轉的每個波長處造成損耗。這種隨波長變化的損耗 調製可以製造雷射器件單模。從另一方面來說，這種方法不能用於 類型I倍頻，因為按照原則，基頻信號存在於非線性晶體的一個光 軸上。但是由於雙折射，不可能將在布儒斯特角處進行切割的放大 晶體與非線性晶體結合。事實上，雙折射引入相位效應，表示由空 腔外面反射的雷射束返回放大器時不會重新結合。最後，FAN提出 的設計的主要困難是保持精度超過幾百納米的空腔的總長，以便消除所有模跳變以及隨後發生的功率不穩定。事實上，空腔長度增長 (或減少)V4(即大約250nm)，使其能夠從單模變為雙模功能。 長度的V4的額外增長使其能夠回到相鄰模上的單模功能。
本發明的目的在於通過提出一種內腔加倍固體雷射器件來解決 上述大部分缺陷，這種內腔加倍固體雷射器件尺寸小，提供高工作 穩定性，並且允許類型I和II倍頻。本發明的另一個目的是提出一 種能夠在單模下工作的可調諧固體雷射器件。本發明還涉及一種無 論泵浦雷射二極體的功率水平如何的大功率固體雷射器件。本發明 更進一步的目的則是獲得高可靠性的固體雷射器件。
包含下列各點的雷射器件至少可以達到上述各目的中的一項
- 一種能夠產生基波波長雷射束的放大媒介；
- 一種雙折射非線性媒介，這種雙折射非線性媒介帶有用於 基波波長雷射束倍頻的平行面，以便產生諧波波長雷射束；
- 用於對基波波長雷射束進行偏振選擇的偏振媒介，這種偏 振媒介要求在其輸出面的基波波長，與其輸入面的基波波長保持平 行。
按照本發明，偏振媒介包含與正在離開該偏振媒介的基波波長 垂直的輸出面。此外，放大媒介，雙折射非線性媒介及偏振媒介牢 固地互相附著，從而構成一個單塊諧振腔。所選偏振媒介要能使基 波波長雷射束不偏離絕對相，即偏振媒介輸出端的基波波長平行於 該媒介輸入端的基波波長。因此，通過將放大媒介、偏振媒介及非 線性媒介結合起來，能夠構成單塊諧振腔。
空腔最好是線形的。
由於不同媒介可以牢固地互相附著或者結合起來，因此用本發 明的器件，可以獲得單塊結構。不會導致雷射束偏離絕對相的偏振 元件(正如下面將看到的，在布儒斯特角可產生雙倍偏轉)可以容 許獲得一個輸入面與輸出面互相平行的線形空腔(在空腔中雷射束 幾乎處處與一個軸平行)。因此本發明提出一種固體雷射器件，這 種固體雷射器件可靠性高，同時易於製造，並且不論時間推移，非 常穩定。構成器件的各個元件可以獨立設計然後在光學上裝配。就 機械構造而言，空腔是固體的。
特別是，放大媒介、偏振媒介和雙折射非線性媒介以線性方式 結合在一起，每個媒介包含相互平行的一個輸入面和一個輸出面，
並且和其它媒介的其它面平行；這些面與諧波波長雷射束的輸出方 向正交。空腔一方面具有放大媒介的輸入面，在另一方面具有雙摺 射非線性媒介的輸出面，於是構成空腔完整的結構。
或者減少基波波長的偏振，或者如下所述，用一面鏡子對基波 波長進行偏轉，要在二者中作出選擇。選擇基波波長的偏振，事實 上就是防止不能通過倍頻產生藍光的偏振振蕩。這意味著無論採用 什麼樣的泵浦功率水平，按照本發明的這種固體雷射器件都能夠產
生大功率信號。這也使得有可能產生Lyot濾波器。
按照本發明的一個有利特徵，雙折射非線性媒介包含類型I非 線性晶體。例如，這就不是FAN文件中所說的情況。例如類型II 非線性晶體也可以用於本發明。
按照本發明的一個有利特徵，雙折射非線性媒介由類型I非線 性晶體構成，其雙折射軸相對於由偏振媒介選擇的偏振，形成非零 角模n/2弧度角。也可以說非線性晶體設置在軸外。該器件採用這 種類型的設置，就構成一個Lyot濾波器。因此本發明值得注意的是 採用了離軸類型I非線性晶體，而這種做法在這一工作中通常被認 為是"不正常，，而且效率不高。事實上，當基波波長的偏振平行於 非線性晶體的一個雙折射軸時，類型I倍頻更為有效。按照本發明 的實施方案，允許將單晶用於非線性的功能以及Lyot濾波器所必需 的雙折射。在FAN文件中，空腔不是單塊的，其倍頻為類型II。如 果FAN原理直接用於類型I倍頻，Lyot濾波器不再存在，因為那 時非線性晶體的軸與所選偏振成一直線。
按照本發明的第二個有利特徵，被設置為離軸的非線性媒介與 一個雙折射晶體相結合，從而使該雙折射晶體的雙折射軸與所述非 線性晶體的軸保持平行。這種類型的實施方案的優點是非線性晶體
的長度不是單獨由Lyot濾波器的需求所決定的。事實上，增加雙摺 射能使這些需求的一部分得到補償，從而使非線性晶體的長度適合 於倍頻。
按照本發明的笫三個有利特徵，雙折射媒介與非線性晶體無 關。在這種情況下，加倍效率有助於和偏振媒介所選偏振平行的非 線性晶體全部軸，或其中一個軸的定向。此外，雙折射晶體和所述 非線性晶體相結合，使雙折射晶體的雙折射軸相對於由偏振媒介所 選偏振形成非零角模n/2弧度角，從而使該器件構成Lyot濾波器。
所述被選的偏振最好適合於基波波長與諧波波長之間的相匹配。
這種類型的布儒斯特角界面和一個離軸雙折射晶體(或者幾個 晶體)結合起來，使得有可能選擇單模。事實上，布儒斯特界面引 起對正交偏振的選擇性損耗。只有波長在雙折射造成的相位移是2n 的倍數時，可以在布儒斯特界面保持低損耗偏振。這構成了在波長 為、=(E5nj。 /m時具有最小損耗的周期濾波器，其中5r^和 Ii分別為離軸雙折射元件的指數差及長度。其和僅適合於本發明的 第二個有利特徵。波長2v決定於溫度，因為晶體長度及指數差決定 於溫度。因此濾波器可以通過溫度調節。濾波器的自由光譜帶(即 兩個傳送峰值之間的波長差)為FSB - X2/ (S5r^Ii)，其中X2 是雷射發射長度。
當雙折射軸相對於由偏振媒介激勵的偏振形成6 = n/4弧度 角(模n/2)時，濾波器具有更多的選擇性。
特別是通過調節離軸雙折射晶體的長度，能夠在發射頻帶(一 半高度時的寬度A w)中僅僅選擇一個單模，只要FSB和A w為相 同數量級，係數大約為2或3。最好對雙折射晶體的參數進行選擇， 以便濾波器的FSB由放大媒介的中間寬度(厶4)的發射波長的0 . 5 倍和3倍之間組成。
換句話說，與雙折射晶體的長度相關的各向同性媒介的指數及
角e可以進行調節，以便使空腔中只有一個單模。
按照本發明，非線性晶體的切割角是這樣的，調節晶體溫度(在 合理的範圍內)可以j吏基波波長和倍頻波長之間進4亍相匹配。例如非線性晶體可以由鈮酸鉀(KNb03)構成或來自硼酸鋰LBO。雙摺 射晶體可以由釩酸鹽YV04構成。
按照本發明的第一個有利的變化方案，偏振媒介包含主元件， 後面是中間媒介和次元件，其折射率與主元件的折射率基本一致， 主元件的輸出面和次元件的輸入面平行，並且按照布儒斯特角切割 基波波長的長度。
中間媒介可以由空氣構成。在這種情況下，主元件通過動態粘 合劑或通過與多孔水洗器的閉塞接觸，牢固地附著於次元件。中間 媒介也可以由矽石構成。
在本發明的第一個變化方案中，當偏振媒介設置在放大媒介和 雙折射非線性媒介之間時，主元件可以由放大媒介構成。更精確地 說，放大媒介在輸入處有一個垂直於基波傳播方向的面，在輸出處 有一個相對於基波的布儒斯特角的切割面。放大媒介最好由摻雜釹 Nd的釔鋁石榴石YAG (Nd: YAG)構成，次元件由未摻雜的釔鋁石 榴石(YAG)構成。Nd: YAG晶體可以是圓筒形，其輸入面形成一 個平面鏡。
偏振媒介也可以與放大媒介分開。在這種情況下，主元件及次 元件可以由未摻雜的4乙鋁石榴石(YAG)構成。另外，主元件和次元 件可以由矽石構成，中間媒介則為未摻雜的釔鋁石榴石(YAG)。
用這種類型的器件，只要主元件和次元件具有相同的角(當它 們一起製造時這是容易做到的)，製造布儒斯特角時，不必達到過 高的精度(小於幾分的角)，這就使得在工廠製造時速度更快，成 本更低。
不採用布儒斯特角時，可以按照本發明的笫二個變化方案採用 與空間損耗調製相關的離開效應(或雙折射)。因此，偏振媒介由 離軸切割的雙折射晶體構成，例如在兩個基波波長雷射束的偏振之 間呈現強烈的"離開"效應，空間損耗調製可以通過用平凸透鏡封 閉空腔來獲得。
文件"ljow-noise diode—pumped intracavity-doubled laser with off-axially cut Nd: YV04"("帶有離軸切割 面的Nd: YV04的低噪聲二極體泵浦內腔加倍雷射")(Opt. Lett. 19，笫1624頁，K. Suzuki等人)，描述了不能作為單塊
裝配的平凹透鏡的使用。另一方面，由於放大媒介經過偏振化，不 能清楚地顯示哪個器件(偏振器或偏振化的發射)在偏振選擇中佔 主導地位。
按照本發明的另一個方面，考慮雷射系統包含用於如上所述的 固體雷射器件的泵浦方法。有利的是，用所述泵浦方法發射的雷射 束沿著與固體雷射器件的放大媒介的輸入面正交的方向傳播。
通過對一個毫無局限的實施方案和附圖的詳細說明的考察，將
使本發明的其它優點和特性顯得更加清晰，其中
-圖l是按照本發明的固體雷射器件的筒圖，包含按照布 儒斯特角切割的放大媒介，偏振媒介包含空氣隙；
-圖2是按照本發明的固體雷射器件的簡圖，包含按照布
儒斯特角切割的放大媒介，偏振媒介包含矽石薄片；
—圖3是按照本發明的固體雷射器件的簡圖，其中偏振媒 介包含按照布儒斯特角切割的兩個壁之間的空氣隙；
-圖4是按照本發明的固體雷射器件的簡圖，其中偏振媒 介包含按照布儒斯特角切割的兩個壁之間的矽石薄片；
-圖5是按照本發明的固體雷射器件的簡圖，其中偏振媒
介包含帶有離開效應及平凸透鏡的雙折射晶體；
-圖6是說明採用雙折射的三個示例的簡圖，雙折射能夠
達到期望的濾波特性，同時保證有效的非線性效應。 現在來說明包含在946nm發射的Nd: YAG雷射並且在473nm 用KNb03晶體進行內腔加倍的內腔倍頻單塊雷射器件，雖然本發明
並不限制於這個實施方案。
才艮據

圖1和2， 一個泵浦雷射二極體11正在808nm處向包含 三個晶體1、 2、 3的裝置的空腔發射雷射束12。晶體放大器1是 Nd: YAG。其折射率為ni=1.82到946nm。這個晶體1的輸入面 la經過處理，構成一個平面鏡。其輸出面lb在通過指數r^及媒介 5或6的指數ri5或ri6計算出的布儒斯特角處切割。在圖1中，媒介 5由空氣構成，而在圖2中媒介6是平行的一個矽石薄片。這一平 行薄片5或6楔入晶體放大器1的輸出面lb和由指數為r^的未摻 雜釔鋁石榴石(YAG)(白色YAG) 2構成的晶體的輸入面2a之間。 這個面2b也按照布儒斯特角切割並設置為與lb面平行。lb和2a
兩個面最好同時拋光，然後裝配可以盲目地完成。這一製作方法在 按照布儒斯特角的切割精度方面的要求是非常寬鬆的，這樣就便利 了這種固體雷射器件的生產。當平行空間是空氣時，可以採用帶有
平行面的隔片，或如圖1和3所示的由雷射控制的動態粘合劑4或 10。這一粘合劑施加在平行隔片5的周圍。圖2與此相反，採用矽 石薄片6，它是固定在lb和2a兩個平行面上的。
由鈮酸鉀KNb03構成的雙折射倍頻器晶體3和輸出面2b結合 在一起。
1、 2、 3三個晶體形成一個線性諧振腔。
Nd: YAG1的輸入面la和KNb03 4的輸出面3b是平行的，用 常規方式進行處理以便構成諧振腔。從3b面離去的雷射束15可以 設置在946nm或473nm。
圖l中的簡圖是以Nd: YAG中946 nm的信號的垂直偏振為基 準的。垂直軸位於圖中的平面，橫軸垂直於這個平面。精通本技術 的人士能夠很容易地適應這個表示線性水平或其它任何偏振方式的 簡圖。
在所表示的情況中，基本信號的偏振是垂直的。如果鈮酸鉀晶 體的c軸是水平的，則光軸就會是水平的和垂直的。則基本信號就 會沿雙折射軸傳播，而其偏振不再能旋轉。如果c軸以及雙折射軸 象現在這樣旋轉，基波波長就不再在雙折射軸中，因此其偏振在晶 體中傳播時旋轉。這時就可以開始選擇偏振的旋轉方式。
在KNb03雙折射晶體中，輸入面3a包含c軸，並且根據相對 於b軸的角度(p = 32。切割平面ab，從而得到308K時946nm和 473nm波長之間的相匹配。精通本項技術的人士能夠為了其它溫度 下的相匹配H"改這一角度。在946nm， c軸上的折射率為n3f = 2.127，正交軸上的折射率為n3s = 2.238。因此雙折射的特徵為 △n3 = 0.111。按照本發明的器件通常可以構成Lyot濾波器，從 而使雙折射晶體的軸不與布儒斯特界面平行。
在不同雷射束所取的光路方面，由泵浦11發射的雷射束12到 達Nd: YAG晶體的輸入面la，並且按照正常方向到達這個la面。 Nd: YAG1從而被激勵，產生在鏡面la和3b之間振蕩的雷射束13。 由於雷射束13穿過平行薄片5、 6，因此它在lb、 2a各個面經歷 偏轉，而使離開平行薄片5、 6的雷射束13平行於進入平行薄片5、 6的雷射束13。由於在白色YAG2和KNb03之間通過，線性雙折射 晶體並不使雷射束13偏轉。在這個KNb03晶體3內部發生了倍頻， 這由通過3b面離開雷射器件的諧波波長雷射束14的產生來表示。 因此，空腔具有輸入面和輸出面，輸入面和輸出面相互平行， 但與發生於泵浦的雷射束正交，並與離開固體雷射器件的雷射束正 交。
在圖1和2中，放大媒介由Nd: YAG 1構成。偏振媒介包含 主元件、中間媒介和次元件，主元件也是這個Nd: YAG晶體1，或 更確切地說是該晶體1的輸出面lb，中間媒介是平行薄片5、 6， 次元件是白色YAG晶體2。
相反，在圖3和4中，偏振媒介與由未切割的Nd: YAG晶體7 構成的放大媒介分開。偏振媒介包含主元件8和次元件9，它們可以 是與平行薄片5、 16結合的白色YAG (未摻雜)，平行薄片5、 16 可以是帶有動態粘合劑10的空氣5或矽石6。當平行薄片是白色YAG 或空氣時，主元件和次元件二者也可以是矽石。其實現及功能與參 照圖l和2所作的說明相同。
作為對上述的特別補充，當平行薄片是連接的矽石薄片時，在 雷射束通過的地方可以做一個開口，以便這些雷射束實際上通過空 氣，而不是透入珪石。
圖5中的器件的特別之處在於不包含布儒斯特角。放大媒介也 是一個帶有平行壁7a和7b的Nd: YAG晶體7。 一個經過切割的雙 折射YV04晶體23，使結合在面7b上的兩個偏振之間的離開效應最 大化。離軸結合的KNb03 20，與一個平凸透鏡17—起，封閉了空 腔。透鏡對於各個晶體的角度不足進行校正。兩個偏振是基波波長 雷射束13的偏振以及諧波波長雷射束14的偏振。雷射束13被透 鏡17的凸面部分反射，從諧振腔中射出。
在圖1到5中，採用KNb03晶體作為非線性和雙折射元件， 它對溫度的高度靈敏性使得發射波長14能夠被調諧。這個晶體的軸 在45。定向到偏振元件的偏振軸。LBO也可以用作非線性和雙折射 晶體。
不過，如圖6中所示，通過採用KNb03或LBO晶體18，能夠
將非線性功能分開，KNb03或LBO晶體18的軸，通過採用軸旋轉 的釩酸鹽YV04晶體19，和偏振器的軸排成直線。釩酸鹽(YV04) 晶體封閉雷射空腔。這就增加了一個元件和一個界面，但優點是在 其軸中採用了非線性晶體18，特別是對類型I倍頻器可以獲得最大 加倍效率。由於YV04具有高雙折射性，因此被推薦作為雙折射晶 體。由於YV04的折射率對溫度的相關性低，雷射比較不容易調諧， 但是從另一方面來說，單個頻率操作可以有更大的溫度範圍，即比 用離軸KNb03所得到的溫度範圍約大25倍。可調諧性能低的結果 是Lyot濾波器的自由光譜帶FSB最好能達到雷射躍遷的發射寬 度。事實上，用太小的FSB，有在幾個模上發射雷射的危險。用太 大的FSB，有在發射頻帶找不到任何濾波峰值的危險。
在圖6中，還可以看到第三個示例，其中離軸設置的非線性 KNb03晶體21與同樣離軸設置的雙折射YV04晶體22結合在一 起。這個解決方案使FSB在為倍頻保持KNb03最佳長度時能夠被調 節。
當然，本發明並局限於上述的示例，可以對這些示例作出調整 而不超出本發明的範圍。
權利要求
1.雷射器件，所述雷射器件包含-能夠產生基波波長雷射束(13)的放大媒介(1、7)；-雙折射非線性媒介(3、20、20)，這種雙折射非線性媒介帶有用於基波波長雷射束倍頻的平行面，以便產生諧波波長雷射束(14)；-用於對基波波長雷射束進行偏振選擇的偏振媒介(1b、5、6、2、8、9、16、20)，這種偏振媒介在其輸出處的基波波長，與其輸入處的基波波長保持平行；其特徵在於，偏振媒介(1b、5、6、2、8、9、16、20)包含與離開該偏振媒介的基波波長相垂直的輸出面(2b)；並且在於放大媒介，雙折射非線性媒介及偏振媒介牢固地互相附著從而構成單塊諧振腔。
2. 如權利要求1所述的器件，其特徵在於，雙折射非線性媒 介包含類型I非線性晶體。
3. 如權利要求1或2所述的器件，其特徵在於，雙折射非線 性媒介由類型I非線性晶體構成，其雙折射軸相對於由偏振媒介選擇 的偏振形成非零角模n/2弧度角，從而使該器件構成Lyot濾波器。
4. 如權利要求3所述的器件，其特徵在於，雙折射晶體與該 非線性晶體按照以下方式結合，即雙折射晶體的雙折射軸與該非線 性晶體的軸保持平行。
5. 如權利要求1或2所述的器件，其特徵在於，雙折射非線 性媒介由類型I非線性晶體構成，其雙折射軸中的一個平行於偏振媒 介所選的偏振；並且雙折射晶體按照以下方式與該非線性晶體結合， 即這個雙折射晶體的雙折射軸相對於由偏振媒介選擇的偏振形成非 零角模n/2弧度角，從而使該器件構成Lyot濾波器；該所選偏振適合於基波波長與諧波波長之間的相匹配。
6. 如權利要求5所述的器件，其特徵在於，該器件構成了 Lyot 濾波器，而濾波器的自由光鐠帶FSB由諧波波長雷射束髮射寬度的 0.5倍和3倍之間組成。
7. 如權利要求3到6中任何一項所述的器件，其特徵在於， 雙折射軸和所選偏振之間的角度大約等於n/4弧度角。
8. 如權利要求4到7中任何一項所述的器件，其特徵在於， 雙折射晶體(19)由釩酸鹽YV04構成。
9. 如權利要求3到8中任何一項所述的器件，其特徵在於， 非線性晶體(3、 18)由鈮酸鉀(KNb03)構成。
10. 如權利要求3到8中任何一項所述的器件，其特徵在於， 非線性晶體(18)由硼酸鋰LBO構成。
11. 如前述權利要求中任何一項所述的器件，其特徵在於，放大 媒介、偏振媒介及雙折射非線性媒介以線性方式結合在一起；每個媒 介包含相互平行並與其它媒介的其它面平行的一個輸入面和一個輸出 面；這些面與諧波波長雷射束的輸出方向垂直。
12. 如前述權利要求中任何一項所述的器件，其特徵在於，偏振 媒介包含主元件Ub、 8)，後面是中間媒介(5、 6、 16)和次元件(2、 9)，其折射率與主元件的折射率基本一致；主元件的輸出面和 次元件的輸入面平行，並且按照布儒斯特角切割基波波長。
13. 如權利要求12所述的器件，其特徵在於，中間媒介由空氣 (5)構成。
14. 如權利要求13所述的器件，其特徵在於，主元件通過 動態粘合劑(4、 10)牢固地附著於次元件。
15. 如權利要求12所述的器件，其特徵在於，中間媒介由 珪石(6、 16)構成。
16 . 如權利要求12到15中任何一項所述的器件，其特徵在 於，偏振媒介設置在放大媒介和雙折射非線性媒介之間，主元件由放 大媒介(1、 lb)構成。
17.如權利要求16所述所述的器件，其特徵在於，放大媒 介由摻雜釹Nd的釔鋁石榴石YAG (1)構成，次元件由未摻雜的釔鋁 石榴石(YAG) (2 )構成。
18 .如權利要求12到15中任何一項所述的器件，其特徵在 於，主元件及次元件由未摻雜的釔鋁石榴石(YAG) (8、 9)構成。
19. 如權利要求20到21中任何一項所述的器件，其特徵在 於，主元件和次元件由矽石構成，中間媒介為未摻雜的釔鋁石榴石(YAG)。
20. 如權利要求1到10所述的器件，其特徵在於，偏振媒介由離軸切割的雙折射晶體(20)構成，使得兩個基波波長雷射束的 偏振之間具有"離開"效應，諧振腔由一個平凸透鏡封閉。
21.如前述權利要求中任何一項的雷射系統，所述雷射系統包含用於固體雷射器件的泵浦裝置(11)，由所述泵浦裝置發射的激 光束沿著與固體雷射器件放大媒介的輸入面垂直的方向傳播。
全文摘要
本發明涉及的雷射器件包含一個適合於產生基波波長雷射束(13)的放大媒介(1、7)；一個用於對基波波長雷射束進行加倍來產生諧波波長雷射束(14)的雙折射非線性媒介(3、20、20)；一個用於選擇基波波長雷射束偏振的偏振媒介(1b、5、6、2、8、9、16、20)，所述偏振媒介要求在其輸出面的基波波長與其輸入面的基波波長保持平行。本發明的特徵在於偏振媒介(1b、5、6、2、8、9、16、20)包含一個垂直於正在離開所述偏振媒介的基波的輸出面(2b)。放大媒介和雙折射非線性媒介互相結合，構成一個單塊諧振腔。
文檔編號H01S3/106GK101199090SQ200680021371
公開日2008年6月11日 申請日期2006年4月7日 優先權日2005年4月15日
發明者T·喬治斯 申請人:奧克休斯股份有限公司