[发明专利]具有频率调制功能的一体化微片激光器

说明书

本发明涉及晶体材料及光电子技术。

微片激光器是一种激光晶体厚度在1毫米以下，两面直接镀上满足激光运转条件的介质膜的小型激光器。可以利用半导体激光器作为泵浦源进行端面泵浦，将光束质量和单色性都较差的半导体激光转变成为高光束质量和单色性好的固体激光输出。在此基础上，可以添加调Q元件和非线性光学晶体，对该固体基波激光进行调Q、倍频或混频，得到可见和紫外波段的激光输出。该类器件具有低泵浦阈值、高转换效率、稳定可靠、器件紧凑、使用方便等优点，在信息、环保、交通、电子、测量、医疗、科研等领域有着广阔的应用前景。

为了得到单色性较好的激光输出，同时也有利于提高倍频或混频效率，要求激光晶体微片的厚度在几百微米以下，甚至只有几十微米。同时研究结果表明：晶体中的激活离子浓度增大，微片厚度减少，在不考虑浓度猝灭的情况下0(这一点所谓的自激活激光晶体，如NdAl₃(BO₃)₄晶体可以在一定程度上满足)，激光泵浦效率将提高。所有这些都要求在能充分吸收泵浦激光的条件下将微片做得尽量薄。这就给晶体微片的加工带来一定的难度。

要得到更有实用价值的可见和紫外波段的激光输出，需要对微片激光器的红外基波激光进行倍频或混频调制，还必须在激光腔内或腔外添加非线性光学晶体，有时还要添加调Q的元件或晶片，这也给器件的制造及其稳定可靠的运转带来困难。

参考文献见J.Zayhowski，Q-switched microchip lasers find real-worldapplication，Laser focus world，Aug 1999，129-136。

本发明设计一个具有频率调制功能的半导体激光或其它合适光源泵浦的一体化的固体微片激光器，将半导体激光或其它光源发光有效地转变成为可见和紫外等更短波长的激光输出。目的在于克服微片激光器加工难度大的不足，力求省去激光器件制造的复杂性，使得器件尽量紧凑和小型化，同时提高运行稳定性，降低器件成本。

本发明采用如下技术方案：以已经确定倍频或混频相位匹配方向的非线性光学晶体为衬底，在与相位匹配方向垂直的一个端面上外延生长激光晶体微片。这样就将腔内倍频或混频激光器中的非线性光学晶体与激光晶体二者合一，在这块激光和非线性功能一体化晶体的垂直于相位匹配方向的两个端面镀上适于相应波长激光运转的介质膜，便成为一个一体化的具有腔内倍频或混频功能的微片激光器。

或者按上述方法先在非线性光学晶体材料上外延生长被动调Q的晶体微片，再进一步外延生长激光晶体微片，这就将激光晶体、调Q晶体和非线性光学晶体三者合一，在这块激光、调Q和非线性功能一体化晶体的垂直于相位匹配方向的两个端面镀上适于相应波长激光运转的介质膜，便成为一个一体化的具有调Q与倍频或混频功能的微片激光器。

上述功能一体化晶体也可以不在端面上镀膜而直接置于一对满足激光运转条件的介质膜片中构成具有同样功能的微片激光器。