[发明专利]芯片级功率可调紫外光源

说明书

一种芯片级紫外线激光源，包括位于衬底上的多个激光器元件，每个激光器元件包括：后腔镜、锥形增益介质、外耦合器、非线性晶体，其在前端面耦合到所述外耦合器，其中所述前端面具有第一涂层，所述第一涂层对所述激光器元件的基本波长具有抗反射性(AR)，并且对紫外线波长具有高反射性(HR)，并且其中所述非线性晶体的出射面具有第二涂层，所述第二涂层对所述激光器元件的基本波长具有高反射性(HR)，对紫外线波长具有抗反射性(AR)；耦合至所述外耦合器的光电探测器；耦合至所述光电探测器并耦合至所述后腔镜的调相器；和所述衬底上的主激光二极管，其耦合至每个激光器元件的所述调相器。每个激光器元件发射紫外线波束并且频率和相位锁定至所述主激光二极管。

相关申请的交叉引用

本申请与2015年2月20日提交的美国临时专利申请No.62/118,676相关并要求其优先权，在此将该临时申请的全文并入作为参考。

关于联邦资助的声明

无

技术领域

本公开涉及紫外线(UV)激光器，尤其涉及芯片级UV激光器。

背景技术

现有技术的芯片级紫外线激光器包括二极管泵浦固态激光器、气体激光器和光纤激光器。虽然芯片级指器件的大小，这些现有技术的芯片级紫外线激光器实际上是相对体积较大的，并且电光转化效率(WPE)较低，小于2％。已经公开基于激光腔外的二次谐波发生(second harmonic generation/SHG)紫外线激光结构。但是，由于采用的腔外倍频法的低效率，公开的输出功率等级非常低(＜1μW)，并且自由空间实现(free spaceimplementation)导致对于实际应用缺乏鲁棒性。

现有技术中已公开的最短UV波长激光二极管具有336nm的波长，并且基于在蓝宝石衬底上生长的Al_.06Ga_.94N/Al_.16Ga_.84N多量子阱(MQW)结构。这种激光二极管的WPE非常低，为0.014％，在脉冲模式下输出功率大约为3mW。这种激光二极管的不佳性能的原因在于不佳的AlGaN材料质量，这种材料在较短发射波长时增加Al摩尔分数的情况下特别差。例如，在蓝宝石衬底上生长的以345nm发射的AlGaN/GaN MQW激光二极管具有稍微改善的大约0.077％的WPE和35mV的峰值脉冲功率，上述激光二极管在下面的文献6中介绍，已将该文献并入说明书中作为参考。

本领域中的其他研究包括在AlN衬底上生长的光泵浦Al_XGa_1-XN异质结构激光器，其利用KrF受激准分子激光器作为泵浦源以248nm发射。这种激光器结构被证实具有40kW/cm²的阈值光功率密度。这种方案的缺点在于UV激光器是光泵浦而非电泵浦，这使得其不适于系统插入。

倍频也被用于在UV波段获得激光。例如，利用以946nm发射的Nd：YAG光纤激光器的两级腔外倍频能够获得600mW的平均输出功率。利用BiBO(Bismuth Borate，BiB3O6)晶体的第一级(946-to-473nm)具有38％的换能效率，而利用BBO(beta barium borate)晶体的第二级(473-236.5nm)具有17％的换能效率，上述激光在下面的文献7中介绍，已将该文献并入说明书中作为参考。并且，以820nm发射的四倍频钛宝石(Ti-sapphire)激光器也已公开，其具有利用LBO(Lithium triborate/LiB3O5)的ps脉冲序列和谐振倍频腔内的BBO晶体，该激光器在205nm具有25nW输出，总换能效率为4.5％。