[发明专利]带模式跟踪的光学泵浦半导体激光器

说明书

腔内加倍OPS激光器具有用于粗略波长选择的包括双折射滤波器(BRF)的激光器‑谐振器，以及布置成用于II型倍频和精细波长选择的光学非线性(ONL)晶体。激光器辐射以取决于谐振器长度的一系列基本波长中的一个在所述激光器‑谐振器中循环。ONL晶体具有取决于晶体温度的透射率峰值波长。监测来自BRF的循环辐射的反射。当ONL晶体透射率峰值波长处于循环辐射波长时，该反射处于最小值。ONL晶体的温度选择性地变化以将所监测的反射保持在大约最小值。

技术领域

本发明总地涉及外腔光学泵浦半导体(OPS)激光器。本发明尤其涉及在单纵向模式下操作的腔内频率转换OPS激光器。

背景技术

腔内频率转换(倍频)OPS激光器能够在操作于单纵向模式的同时以可见(绿色)波长提供几瓦特(W)的连续波(CW)辐射输出。绿色的、单模式输出波长可以通过OPS激光器腔外的光学非线性晶体(激光器-谐振器)中的进一步的频率倍增而转换成电磁谱的紫外线(UV)区域中的波长。

通过实施例的方式，具有约1064纳米(nm)的基本激光波长的OPS激光器可以通过腔内光学非线性晶体来进行倍频以提供具有约532nm的波长的输出辐射。通过将位于OPS激光器-谐振器之外的光学非线性晶体中的输出辐射进行倍频，该输出辐射可以转换成具有大约266nm波长的UV辐射。

OPS激光器采用多层半导体结构作为增益元件(增益结构)。该增益结构包括由间隔层间隔开的量子阱(QW)层。间隔层吸收光学泵浦辐射，从而产生电子-空穴对。电子-空穴对落入QW层且被QW层束缚。QW层中的电子-空穴对的再结合提供QW层的QW材料的基本波长范围特性的辐射。这提供了光学增益。产生辐射的波长范围可称为增益带宽。

增益结构的QW层由增益带宽的峰值增益波长处的一半波长间隔开。在OPS结构(OPS芯片)中，增益结构超越镜像结构。典型地，OPS激光器谐振器被配置为提供谐振器的一端镜的OPS芯片的镜。如果谐振器被配置成避免支持横向振荡模式(横向模式)，则连同间隔开的QW层所提供的增益的半波周期性一起，将增益结构放置在谐振器的一端提供的是，OPS激光器将在任何给定的瞬间在单纵向模式(单频)下产生CW辐射。“在任意给定的瞬间”的陈述的重要性的论述阐述如下。

OPS增益结构的增益带宽相对极宽。通过示例的方式，对于大约1000nm的峰值增益波长，FWHM增益带宽在40nm的数量级上。在腔内倍频OPS激光器中，通常在腔中包括单元件双折射滤波器。这将可以振荡的基本波长的范围限制在光学非线性晶体的相位匹配接受带宽内的范围。双折射滤光器被布置成布鲁斯特角入射，其建立在谐振器中产生的循环辐射的偏振取向。

遗憾的是，这种双折射滤波器的通带宽度仍然足够宽，使得在具有大约70毫米(mm)的长度的谐振器中可以存在几种可能的振荡模式(频率)。其结果是，当这些模式中仅有一个在任何给定时刻振荡时，谐振器的任何扰动可以导致振荡从一种可能模式改变到相邻的可能模式。这种现象通常被本领域技术人员称为“模式跳跃”。在模式跳变的瞬间，在输出功率中存在突然的(基本上瞬时的)变化，随后是短暂的不稳定时段。这个不稳定周期将是几百分之一秒的量级。这有效地构成了OPS激光器的CW输出的中断。如果主动控制的外部增强谐振器用于OPS激光器输出的进一步频率转换，则来自该谐振器的输出功率将突然下降，以及恢复周期，在恢复周期内增强谐振器为激光器的新输出频率建立谐振。这将比激光输出功率的不稳定周期长。

图1是已经通过将输出功率从标称最佳输出功率的90％增加到110％而被扰动的腔内倍频OPS激光器的监测输出功率的示波器轨迹的再现。功率增加在点A处开始。激光器以增加的功率操作约3.5秒，然后在点B处发生模式跳跃，在点B处输出被中断。由于在中断期间增益结构中存储的能量，输出功率在较高水平恢复。中断后的不稳定周期约为1.5秒。

在诸如检查半导体晶片的应用中，CW工艺的这种中断可能是不能容忍的，即使由于模式跳跃的波长变化是可容忍的。存在对可以在没有模式跳跃的情况下操作的OPS激光器-谐振器的需要。

发明概述