[发明专利]具有提高的泵浦光吸收的二极管泵浦固态激光器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及固态激光器的领域，并且更具体涉及二极管泵浦固态激光器。

背景技术

许多固态激光器是在与稀土离子中的4f-4f跃迁对应的窄发射线上实现。此外大多数这些系统也由与稀土离子中的4f-4f跃迁对应的窄且弱的吸收带表征。通过泵浦二极管发射波长与离子的吸收线的良好匹配实现对这些材料的高效二极管泵浦，这可以通过恰当选择的泵浦二极管以及二极管温度的良好调谐和稳定来实现。

二极管泵浦固态激光器（DPSSL）现在大多数是Nd:YAG或Nd:YVO₄激光器，其在红外波长发射并且用于例如医学应用或者材料处理应用。这些应用要求低至中等大小批量的激光源并且允许非常高的价格水平。手动到半自动制作这些激光器因此非常普遍。然而这使得前述激光器不适合于诸如未来一代激光投影仪的应用所要求的大批量或规模制作。

如果最近发展的在可见波长范围发射的蓝光二极管泵浦固态激光器（bDPSSL）可以被用作投影应用中的光源，这可能会改变。

典型的bDPSSL是基于作为激光介质的LiYF₄:Pr，其下文中称为Pr:YLF或Pr:LiLuF₄。这些晶体由下述表征：各向异性晶体结构、窄吸收线以及几cm^-1量级的吸收系数。

由于晶体的各向异性结构，要求晶体取向与平行于激光偏振的c轴的良好对齐以得到最佳泵浦光吸收。泵浦二极管的发射波长必须选择为落在+/-1nm的波长范围内。当前，提供发射波长介于440nm和455nm的泵浦二极管。

典型bDPSSL设置中使用的晶体相应地长度仅仅为几mm直至约1cm。更短的晶体将是优选的，因为这通常有利于泵浦束与激光模式的模式匹配。对于高功率泵浦二极管，模式匹配变得更加复杂，因为泵浦功率的增大分别伴随着束质量或者M2因子的劣化。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种二极管泵浦固态激光器，其允许光学对齐中更大的容差。

在本发明中，提出了提高各向异性晶体中的泵浦光吸收的措施，所述措施减小泵浦光吸收对二极管电流、二极管温度的依赖性以及对泵浦二极管从吸收线失调的依赖性。

这些措施包括发送泵浦辐射两次经过晶体，使用更长的晶体，将激光晶体置于不表现最佳吸收的取向中以及在激光腔体内使用诸如四分之一波片的延迟器（也称为波片）。

每个这些措施，特别是一些或全部这些措施的组合将增大二极管泵浦固态激光器的设置中的容差，并且因此减小特别是大批量制作中的制作成本。

相应地提供了一种二极管泵浦固态激光器装置，其包括

泵浦激光二极管，以及

激光晶体，

其中该激光晶体形成固态激光器的至少一部分，该固态激光器在与从泵浦激光二极管发射的激光的波长不同的波长发射激光，以及其中

该固态激光器由该泵浦激光二极管光学泵浦。该泵浦激光二极管布置成在纵向方向上将其泵浦激光注入激光晶体。

该二极管泵浦固态激光器装置还包括至少一种下述装置：

输出耦合器，其将纵向透射通过所述激光晶体的所述泵浦激光的份额往回反射，

各向异性激光晶体，其对于沿着横切固态激光器的纵向方向的第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向偏振的泵浦光具有两个不同吸收系数，其中所述各向异性激光晶体和所述泵浦激光二极管相互取向为使得所述泵浦激光的偏振具有沿着所述第一方向和所述第二方向二者的分量，

延迟器或波片，分别将泵浦光从线偏振光转换为椭圆偏振光或者理想地转换为圆偏振光。

适当地，延迟器布置在固态激光器的腔体内或者激光腔体的光入口侧的前方，泵浦光在该光入口侧被注入。

借助合适的输出耦合器将泵浦光反射回到腔体内，这增加泵浦光吸收。另外，所吸收的泵浦光的强度分布均匀化。由于吸收增大，可以使用更短的激光晶体，由此有利地促进模式匹配。优选地，晶体长度选择为使得最初注入晶体的泵浦激光辐射的至少5%、优选地至少10%、特别优选地至少20%的份额透射通过该晶体并且被输出耦合器至少部分地往回反射。

固态激光器的纵向方向限定为固态激光器的激光束沿着其发射的方向并且因此与固态激光器的光轴吻合。

本发明优选地应用到bDPSSL。相应地，这种情况下泵浦激光二极管为发射蓝光激光二极管。本发明允许宽松的bDPSSL制作容差，由此降低制作成本，使得发明的bDPSSL可以用作诸如视频投影仪的消费产品中的光源。