[发明专利]半导体激光器泵浦玻璃块上转换蓝光微腔结构全固体激光器

说明书

本发明属于半导体激光器泵浦上转换蓝光全固体激光器技术领域。

目前国外只有大型激光器泵浦氟化物玻璃光纤结构上转换蓝光全固体激光器，例如：钛宝石激光器泵浦氟锆酸盐掺稀土铥玻璃(ZBLAN：Tm)光纤上转换蓝光激光器。这种上转换激光器的工作物质是氟化物单掺稀土铥(Tm)上转换玻璃激光材料，因上转换效率不高，所以只能拉成光纤以增加泵浦光与激光工作物质的相互作用长度，使得其结构比较复杂，不具备小型化的优点，而且成本也比较高。又因为是单掺杂，只能用1120nm波长的半导体激光器泵浦，而1120nm半导体激光器现在还没有商品化，所以也实现不了小型化。虽然用半导体材料是实现这种小型激光器的理想办法，但至今尚未研制成功。

本发明的目的是提供一种半导体激光器泵浦玻璃上转换蓝光小型微腔全固体激光器，可在光盘上用于写入和读出数据，也可用于全色激光显示器，如彩色激光电视机的显示屏，还可用于激光印刷、水下通讯、特殊传感器的制造等方面。

图1是本发明的结构示意图。图中1为半导体激光器(LD)管腿，2为半导体激光器(LD)管芯，3自聚焦透镜，4为激光器谐振腔，5输出的蓝光激光束，6激光出光孔，7半导体激光器(LD)管帽，8半导体激光器(LD)管座。

图2为自聚焦透镜3的结构图。图中9为柱体，10为柱面镜。

本发明主要由LD管腿1，出光孔6，LD管帽7，LD管座8和微腔部分等构成。其中微腔部分是本发明的核心，是由LD管芯2，自聚焦透镜3和激光谐振腔4组成。LD管芯2，自聚焦透镜3和激光器谐振腔4可以做成一体，形成体积很小的微型腔。

激光器谐振腔4由玻璃上转换激光工作物质本身构成。玻璃上转换激光工作物质采用高转换效率的掺稀土氟锆酸盐上转换激光材料玻璃。氟锆酸盐上转换激光材料玻璃的组分是：(50-60％)ZrF₄-(20-30％)BaF₂-(0-10％)LaF₃(0-5％)AlF₃-(0-20％)NaF，其中各组分百分含量为摩尔百分比。所掺杂的稀土离子Tm³⁺和Yb³⁺，为双掺杂，或者为稀土Er，单掺杂。稀土掺杂量决定上转换效率的高低。

激光器谐振腔4为棒状结构，一般为长方体或圆柱体。截面积为4-16mm²，长度为2-10mm。根据需要将高转换效率的掺稀土氟锆酸盐上转换激光材料玻璃，切割成一定尺寸的棒状，然后进行光学抛光。抛光后的玻璃块取两端的截面分别作为激光器的输入和输出端面。输入端镀965-985nm高透而470-491nm高反的二元介质膜，该端面用作谐振腔的输入镜；输出端镀965-985nm高反而470-491nm反射93-95％的二元介质膜，该端面用作谐振腔的输出镜。

自聚焦透镜3由两部分组成，柱体9和柱面镜10。柱体9做成圆柱体，柱体9长度为4-5mm。圆柱体直径为1.8-2.0mm。自聚焦透镜3的柱体9与LD耦合的端面为平面，数值孔径NA＝0.6-0.8；另一端为柱面镜10。柱面镜10的柱面轴线同自聚焦透镜3的柱体9的轴垂直。自聚焦透镜3对LD长形光斑具有整形和对LD发散束聚焦两项作用。

泵浦源为半导体激光器(LD)，采用国内外已商品化的970-980nm半导体激光器。

在半导体激光器腔内的LD管芯2的出光端，装有自聚焦透镜3，自聚焦透镜3的平面端对着LD管芯2。在自聚焦透镜3的柱面镜10一侧，有激光器谐振腔4。自聚焦透镜3的柱面镜10同激光器谐振腔4的输入端相对应。

本发明使用玻璃上转换激光材料，不仅上转换效率很高，而且激光增益系数高达66.3cm^-1，因此不用拉成光纤直接用目前国内外已商品化的970-980nm半导体激光器(LD)泵浦，就可做成蓝光微腔激光器。使其结构大大变小。这种小型激光器可用于光数据存储，也可用于其它微小设备上，使用范围较广。