[发明专利]一种无耦合系统的C‑mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无耦合系统的C-mount封装半导体激光泵浦低阈值微片激光器及其控制方法，属于激光领域，尤其涉及复杂的半导体激光泵浦技术与被动调Q技术领域。

背景技术

微片激光器具有全固化、体积小、结构简单紧凑等优点。由于微片激光器容易获取高重复频率的亚纳秒级、峰值功率达数千瓦、单脉冲能量微焦耳量级的调Q脉冲，因此，在远程测量、三维成像、环境监测、微机械、微型手术等方面有十分广泛地应用前景。但由于微片激光器腔长一般都较短，特别是产生短脉冲的短腔微片激光器，腔长一般在10mm以下，根据ABCD矩阵计算腔内激光模式半径，可以得出此时模式半径非常小，为了实现泵浦光模式与激光模式匹配，一般采用耦合透镜系统将泵浦光聚焦成小光斑进行泵浦。若要获得较小的聚焦光斑，需要耦合系统中镜片之间的距离较大，尤其在微片激光器中，激光腔体积极小，采用泵浦耦合系统会导致激光器整体体积增大，不利于器件小型化。半导体激光器发出的泵浦光，在由光学整形和耦合透镜耦合进增益介质的过程中，会产生较大泵浦光功率损耗，导致固体激光器出光阈值升高，激光器效率降低。此外，耦合透镜系统通常需要透镜组对光束进行准直和聚焦，工作环境的温度、振动等会影响镜片之间的距离、透镜的焦距，最终导致泵浦光尺寸和形状发生变化，造成激光器工作失调。

C-mount封装半导体激光器一般用热导率大的高导热材料如铜等制造热沉，这种封装形式结构简单固定方便、应用广泛。目前市面上已有功率为10W的C-mount封装的激光器，该功率可以满足微片激光器泵浦源的要求。

中国专利文献CN103633536A公开了一种被动调Q激光器，包括泵浦源、泵浦耦合系统、激光增益介质和饱和吸收体，泵浦源发出泵浦光经泵浦耦合系统进入激光增益介质，饱和吸收体置于激光增益介质后面，所述激光增益介质为一喇叭状波导结构晶体，靠近饱和吸收体一端为大端面。

中国专利文献CN102299464A公开了一种微片固体激光器,其构成包括泵源VCSEL阵列，沿泵源VCSEL阵列的激光输出方向同光轴地依次是圆锥台形玻璃导管耦合器、泵浦聚焦透镜、掺Nd激光晶体、Cr⁴⁺:YAG被动调Q晶体，初始透过率为在45％到95％之间、后腔镜、第一耦合聚焦透镜、第二耦合准直透镜、第三耦合聚焦透镜、光纤跳线。

中国专利文献CN101145668A公开了一种微片式激光器，其包括泵浦源的半导体激光器、光学耦合系统和微片激光器，微片激光器包括激光增益介质、其它光学元件、KTP非线性晶体和激光腔膜，其中微片激光器设置在致冷片或加热器上，致冷片或加热器设置在热沉上，致冷片或加热器和热沉保持微片激光器的温度在65℃以上，采用以上结构，使KTP非线性晶体保持65℃以上，缓解或消除其在腔内倍频、差频或和频过程中产生灰迹，从而延长含KTP非线性晶体在腔内倍频、差频或和频的微片式激光器的寿命。

中国专利文献CN104143756A公开了一种增益开关微片激光器，激光器包括激光二极管、耦合透镜、微片激光器、第一分束器、第二分束器、功率计、光电探测器、示波器和频谱分析仪，所述激光二极管发射的光线经过耦合透镜和微片激光器后，经由第一分束器分成两路，一路被到达光电探测器再通过示波器显示，另一路经由第二分束器再分成两路，一路到达功率计，另一路到达频谱分析仪。

中国专利文献CN102420385A公开了一种被动调Q微片激光器，主要包括激光增益介质、石墨烯或碳纳米管饱和吸收体、光学元件以及LD泵浦装置。将厚度纳米量级的石墨烯、碳纳米管饱和吸收体紧密夹贴于激光器增益介质与光学元件之间，利用器件镀膜构成平平腔或平凹腔，使用胶合、光胶或深化光胶的方法将器件全固化为简单紧凑的三明治结构。

上述专利均存在以下缺陷：包含泵浦耦合系统，占用了激光器的空间，增大了激光器的体积，产生较大泵浦光功率损耗，导致固体激光器出光阈值升高，激光器效率降低。

中国专利文献CN104184027A公开了一种被动调Q微片激光器，包括激光二极管、第一透镜、偏振立方体分光镜、分光镜、第二透镜、激光晶体和半导体可饱和吸收镜。但是，该专利存在以下缺陷：该专利通过光纤耦合泵浦光，通过透镜聚焦光纤整形后的泵浦光，本专利经过光纤整形与透镜聚焦，占用了激光器的空间，产生较大泵浦光功率损耗，激光器的光-光转换效率效率低。