專利名稱：激光光源的泵浦系統(tǒng)和包含這種泵浦系統(tǒng)的激光光源的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于激光光源的泵浦系統(tǒng)并涉及包含這種泵浦系統(tǒng)的激光光源。
背景技術：
更精確地說，所述激光光源屬于已知類型，包含-激活元素，激活元素包含能夠吸收泵浦光束的摻雜矩陣，以便放大激光輻射的至少一束光束；-泵浦系統(tǒng)，泵浦系統(tǒng)包含能夠發(fā)射透入所述棒的泵浦光束的泵浦(激光)二極管；-光學傳送系統(tǒng)，用于使由所述泵浦系統(tǒng)發(fā)射的泵浦光束射入所述激活元素以便泵浦所述激活元素；以及-光學諧振腔，用于提取所述激光輻射。
在這個本發(fā)明所涉及的激光光源中，泵浦可以是縱向的、橫向的、半橫向的或者是相對于所述激活元素的其他取向。
已知的是，為了有效，泵浦光束在光譜上必須以這樣的一種方式被調(diào)諧到激活元素的吸收光譜，即所述泵浦光束被吸收并將其能量傳遞進摻入了所述激活元素的稀土離子中。
還已知的是，泵浦激光二極管具有發(fā)射光譜，通常其寬度為幾個納米，當所述泵浦二極管的溫度變化時，所述發(fā)射光譜會發(fā)生每度0.25至0.3納米的偏移。
為了確保泵浦光束(由泵浦二極管輸出)的波長與激活介質(zhì)的吸收光譜之間令人滿意的一致性，已知的是將所述二極管安裝到珀耳帖模塊上，其功能是將它們的溫度穩(wěn)定在優(yōu)于0.5℃的精度以便確保波長集中于0.2nm內(nèi)。
然而，尤其是在軍事應用方面，緊密度、消耗量和實施速度參數(shù)表現(xiàn)出特殊重要性。珀耳帖模塊的使用包含了相當大的消耗量并需要一分鐘量級的穩(wěn)定時間，因此其成為在緊密系統(tǒng)中使用二極管泵浦的激光光源的一個減速因子。同樣的情形在用于穩(wěn)定二極管溫度的其他有源系統(tǒng)的例子中適用。因此，始終在當前使用的技術(比如用于大地激光指示器)是閃光燈泵浦技術，閃光燈泵浦不是非常有效并且體積龐大。
為了修正這個問題，下列做法是必要的-或者增加激活介質(zhì)對波長漂移的容限，這種做法由比如專利FR-2 803 697提議，為此泵浦光束被引導以便多次通過激活介質(zhì)；-或者正如比如在專利申請US-2005/0018743中所提議的，被動地穩(wěn)定泵浦二極管的波長發(fā)射，該專利申請描述了包括一個或多個VBG(體積布拉格光柵)的系統(tǒng)的使用，以便區(qū)分激光器的一個或多個發(fā)射特征。
然而，對應于15℃至40℃的二極管的溫度漂移，上面的解決方案只允許獲得超過3至10納米的不敏感性。在-40℃和70℃之間的這種熱不敏感性范圍對于比如在大地激光指示器中使用泵浦系統(tǒng)來說是大大地不足的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是修正這些缺陷。本發(fā)明涉及用于激光光源的泵浦系統(tǒng)，其使得獲取具有非常廣泛的熱不敏感性范圍(如在-40℃和70℃之間)的泵浦光束成為可能。
針對這個目的，依照本發(fā)明類型的所述用于激光光源的泵浦系統(tǒng)包含-至少一個泵浦(激光)二極管，能夠發(fā)射至少一束泵浦光束，其波長隨溫度而變化；-至少一個準直單元，與所述泵浦二極管相關聯(lián)；以及-至少一個選擇性反射鏡，用于選擇所述泵浦二極管的一個波長，所述至少一個選擇性反射鏡是值得注意的，因為所述選擇性反射鏡被構(gòu)成為以便包含多個光譜反射率峰值，用于根據(jù)所述泵浦二極管的溫度變化，就每次將所述泵浦二極管的操作鎖定在這些峰值中的至少一個峰值上，以使泵浦系統(tǒng)發(fā)射泵浦光束，根據(jù)溫度的所述變化，接連對應于多個預定波長，泵浦光束的波長階躍(in step)變化。
優(yōu)選地，所述預定波長對應于下列情形下的波長為此用于激光光源(與所述泵浦系統(tǒng)相關聯(lián))的激活元素的吸收系數(shù)每次大于預定(高)值(如1.7cm-1)，也就是說為此獲得與激光光源相關聯(lián)的激活元素對泵浦光束的高吸收。
因此，由于所述選擇性反射鏡的按照本發(fā)明的特征，當溫度變化時，由泵浦系統(tǒng)發(fā)射的泵浦光束的波長不會以連續(xù)的方式(成比例地)變化，而是階躍變化，每次取一個或多個波長值，其確保了激活元素對所述泵浦光束的高吸收，即特別有效的泵浦。因此可獲得具有特別廣泛熱不敏感性范圍的泵浦光束。
有利地，以這樣的一種方式構(gòu)成所述選擇性反射鏡，即所述預定波長對應于下列情形下的波長為此所述吸收系數(shù)每次構(gòu)成吸收系數(shù)的同樣相對受限范圍的部分，例如[1.7cm-1；2.2cm-1]。由于這個特征，無論什么溫度，都在激活介質(zhì)中獲得了相對均勻的泵浦。
在本發(fā)明的上下文中，可以各種方式制造所述選擇性反射鏡。具體地說-它可包含在至少一個固體介質(zhì)中形成的布拉格光柵；或者-它可包含在襯底上沉積的多層電介質(zhì)；或者-利用兩個反射面之間的干涉，它可被制造以便產(chǎn)生法布里-珀羅效應。
本發(fā)明還涉及該類型的激光光源，包含-激活元素，所述激活元素包含摻雜矩陣，所述摻雜矩陣能夠吸收至少一束泵浦光束以便放大激光輻射的至少一束光束；-泵浦系統(tǒng)，能夠發(fā)射至少一束泵浦光束；-光學傳送系統(tǒng)，用于使由所述泵浦系統(tǒng)發(fā)射的泵浦光束射入所述激活元素以便泵浦所述激活元素；以及-光學諧振腔，用于提取所述激光輻射。
按照本發(fā)明，所述激光光源是值得注意的，因為所述泵浦系統(tǒng)屬于前述的類型。


所附圖形將有助于更清晰地理解如何能實現(xiàn)本發(fā)明。在這些圖形中，相同的標記表示相同的部件。
圖1是按照本發(fā)明的激光光源的一個示范實施例的簡化圖。
圖2和3分別是按照本發(fā)明的泵浦系統(tǒng)的頂視圖和側(cè)視圖。
圖4至6是解釋本發(fā)明的基本特征的曲線圖。
圖7示出的是按照本發(fā)明的泵浦系統(tǒng)的一個特定實施例的示意圖。
具體實施例方式
在圖2和3中示意性示出的按照本發(fā)明的泵浦系統(tǒng)1可被結(jié)合到比如在圖1所示的激光光源2中。
以通常的方式，所述激光光源2包含-激活元素3，所述激活元素3包含由摻雜矩陣組成的伸長的棒4，所述摻雜矩陣能夠吸收泵浦光束5，以便放大沿X-X軸縱向傳播的激光輻射6的至少一束光束；-將在下面解釋的所述泵浦系統(tǒng)1，其能夠發(fā)射至少一束泵浦光束5；-標準的光學傳送系統(tǒng)7，用于使由所述泵浦系統(tǒng)1發(fā)射的泵浦光束5射入所述激活元素3以便獲得縱向泵浦；以及-X-X軸的標準光學諧振腔8，其特別包含反射鏡9和半透明反射鏡10，這些反射鏡彼此被面對面地放置。激光輻射6通過激光放大而獲得并且沿著X-X軸穿過所述反射鏡10，該光學諧振腔8給出了激光輻射6的方向和幾何特征。
此外，如圖2和3所示，所述泵浦系統(tǒng)1包括至少一個泵浦激光二極管12，其以通常的方式比如被安裝在帶11上并且能夠發(fā)射泵浦光束5；所述泵浦系統(tǒng)1還包括標準準直單元13(比如透鏡)，其與所述泵浦二極管12相關聯(lián)。
已知的是，該激光類型的這種泵浦二極管12產(chǎn)生泵浦光束5，其波長λ隨溫度T而變化，如圖4所示，其中λ用納米表示并且T用攝氏度表示。通常，激光二極管具有寬度為幾個納米的發(fā)射光譜，當溫度T變化時，所述發(fā)射光譜會發(fā)生每攝氏度0.25至0.3納米的漂移。
本發(fā)明的目的是修正這個缺陷以便獲得具有非常廣泛的熱不敏感性范圍(比如在-40℃和至少+70℃之間)的泵浦光束。
為了實現(xiàn)這一點，按照本發(fā)明，所述泵浦系統(tǒng)1還包含將在下面解釋的選擇性反射鏡14，選擇性反射鏡14被構(gòu)成為以便包含多個光譜反射率峰值P1、P2、P3、P4(圖5)，以便根據(jù)所述泵浦二極管12的溫度T的變化將泵浦二極管12的操作鎖定在這些峰值P1至P4中的至少一個上，以使泵浦系統(tǒng)1發(fā)射泵浦光束5，根據(jù)溫度T的所述變化，接連對應于如圖6所示的多個預定波長λ1、λ2、λ3、λ4，其波長λ階躍變化。
優(yōu)選地，所述預定波長λ1、λ2、λ3、λ4對應于下列情形下的波長為此與所述泵浦系統(tǒng)1相關聯(lián)的激活元素3的吸收系數(shù)α每次大于預定(高)值(如在縱向泵浦上為1.7cm-1否則在橫向泵浦上為5cm-1)，也就是說為此獲得由所述相關聯(lián)的激活元素3對泵浦光束5的基本吸收。
因此，由于按照本發(fā)明的所述選擇性反射鏡14的特征，當溫度T變化時，由所述泵浦系統(tǒng)1發(fā)射的泵浦光束5的波長不會以如圖4所示的現(xiàn)有技術的連續(xù)方式變化，而是階躍變化，每次取一個或多個波長值λ1至λ4(圖6)，其每個都確保了激活元素3對所述泵浦光束5的良好吸收，即特別有效的泵浦。具有特別廣泛熱不敏感性范圍(在圖6所示的實例中為-40℃至80℃)的泵浦光束5因此被獲得。
優(yōu)選地，所述預定波長λ1至λ4對應于下列情形下的波長為此所述吸收系數(shù)α每次構(gòu)成吸收系數(shù)的同樣相對受限范圍的部分，例如[1.7cm-1；2.2cm-1]。因此，無論什么溫度T，都在激活介質(zhì)中獲得了相對均勻的泵浦。
所述選擇性反射鏡14因此具有在所述光譜反射率峰值P1至P4處的某一反射率R，其在這個選擇性反射鏡14的設計和構(gòu)造期間被固定。如圖2所示，將這個選擇性反射鏡14放置于準直帶11的前面，通過再注入、通過在增益介質(zhì)中(即在帶11中)反射被光譜限定的輻射15，這個選擇性反射鏡14充當了濾光器的作用。通過這個反饋，選擇性反射鏡14因此將附加的約束強加于帶11的激光二極管12上，以便將所述激光二極管12的操作每次都鎖定在這些光譜反射率峰值P1至P4中的至少一個峰值上。如圖6所示，這使得最終能夠獲得作為溫度T的函數(shù)的泵浦光束5的光譜偏移。
在所采用的(半導體、準直和反射鏡的)配置中，光譜反射率峰值P1至P4的每個之間的光譜間隙必須小于反射鏡14的總光譜控制振幅。
可以各種方式制造所述選擇性反射鏡14。
在第一實施例中，其由前述類型的布拉格光柵制成，所述布拉格光柵在至少一種固體介質(zhì)中構(gòu)成。寫入若干光柵也是可能的，每一個光柵對應于固體介質(zhì)中的一個波長。這些布拉格光柵可以是互相貫穿的不然的話可以位于襯底內(nèi)的不同深度處，否則可在獨立的襯底內(nèi)寫入它們，將一個放在另一個的后面以便組成多譜線反射鏡。另外，各反射線的位置(或光譜反射率峰值)可選擇成以與其他線的位置無關。
在第二實施例中，所述選擇性反射鏡14以通常的方式由沉積在襯底上的多層電介質(zhì)制成。
此外，在第三實施例中，利用兩個反射表面之間的干涉以標準的方式制成所述選擇性反射鏡14，以產(chǎn)生法布里-珀羅效應。然而，在這種情形下，各反射線的位置是彼此互相依賴的，因為只可能獨立修改一條反射線的位置，并且同樣地自由光譜間隔使其與隨后的反射線隔離。
此外，所述準直單元13具有在二極管12的輻射16到達選擇性反射鏡14之前至少沿著二極管12的快軸(rapid axis)校準輻射16的用途。這是因為沒有準直的情形下，由于二極管12的有角度的發(fā)射角(其通常達到10×40°)，光線入射到選擇性反射鏡14上的角度將會太分散。
作為說明，現(xiàn)在提供一個特定的泵浦系統(tǒng)1，其允許長度L＝12mm的YAG棒4在-40℃至70℃之間的有效縱向泵浦。
為了獲得90％的吸收率，吸收系數(shù)α必須達到至少1.92cm-1，因為在這種情形中，吸收Abs由下式給定Abs＝1-e(-αL)＝1-e(-1.92cm×1.2cm)＝0.9。
此外，如果期望為每個波長階躍(step)λ貯存相對恒定量的泵浦能量，這個吸收必須保持接近1.9，即近似介于1.7和2.2cm-1之間。
已知在摻雜有1％的釹Nd的YAG的吸收光譜范圍上，存在有十二個幾百微微米的區(qū)域，每個區(qū)域滿足這個條件，給出了這十二個區(qū)域的坐標(單位為納米){791.9；793.4；794.5；796.0；798.6；803.6；809.6；811.6；813.5；816.9；817.8；821.6}。
為了使所討論的熱范圍(-40℃至70℃)能被方便地覆蓋，選擇比如四個光譜(λ1、λ2、λ3、λ4)坐標，它們彼此間隔至少10nm，即{794.5；803.6；813.5；821.6}，并且制成至少一個具有圖5所示反射率R的四重頻帶選擇性反射鏡14。
這個四重頻帶選擇性反射鏡14被置于帶11的前面，其通過準直單元13被校準，以使獲得具有如圖6所示作為溫度T的函數(shù)的連續(xù)所述波長λ1、λ2、λ3、λ4的泵浦光束5。
在本發(fā)明的上下文中，泵浦系統(tǒng)1可特別包含單個泵浦二極管12、或者如圖2和3所示的與多個這樣的二極管12裝配在一起的帶11、或者如圖7所示的帶11的陣列16(或疊層)。
在后面的實例中，還可提供包含許多準直單元13的陣列17。
另外，在這個后面的實例中，下列部件被提供-單個反射鏡14，用于帶11的陣列；或-一個選擇性反射鏡14，用于所述陣列16的每個帶11；或-每組若干帶11的一個選擇的反射鏡。
盡管在上述的實例中，按照本發(fā)明的泵浦系統(tǒng)1與具有縱向泵浦的激光光源2相關聯(lián)，但是很容易理解，這個泵浦系統(tǒng)可用于任何其他類型的泵浦，例如橫向的、半橫向的或其他泵浦。
權(quán)利要求
1.一種用于激光光源的泵浦系統(tǒng)，所述泵浦系統(tǒng)(1)包含-至少一個泵浦二極管(12)，能夠發(fā)射至少一束泵浦光束(5)，其波長(λ)隨溫度(T)而變化；-至少一個準直單元(13)，與所述泵浦二極管(12)相關聯(lián)；以及-至少一個選擇性反射鏡(14)，用于選擇所述泵浦二極管(12)的一個波長，其特征在于，所述選擇性反射鏡(14)被構(gòu)成為以便包含多個光譜反射率峰值(P1至P4)，用于根據(jù)所述泵浦二極管(12)的溫度(T)的變化，每次將所述泵浦二極管(12)的操作鎖定在這些光譜反射率峰值(P1至P4)中的至少一個上，以使所述泵浦系統(tǒng)(1)發(fā)射泵浦光束(5)，根據(jù)溫度(T)的所述變化，接連對應于多個預定波長(λ1至λ4)，所述泵浦光束(5)的波長(λ)階躍變化。
2.如權(quán)利要求1所述的泵浦系統(tǒng)，其特征在于，以這樣一種方式構(gòu)成所述選擇性反射鏡(14)，即所述預定波長(λ1至λ4)對應于下列情形下的波長對于該波長，用于所述激光光源(2)的激活元素(3)的吸收系數(shù)每次大于預定值。
3.如權(quán)利要求2所述的泵浦系統(tǒng)，其特征在于，以這樣一種方式構(gòu)成所述選擇性反射鏡(14)，即所述預定波長(λ1至λ4)對應于下列情形下的波長對于該波長，所述吸收系數(shù)每次構(gòu)成吸收系數(shù)的相同范圍的部分。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇性反射鏡(14)包含在至少一個固體介質(zhì)中構(gòu)成的布拉格光柵。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述選擇性反射鏡(14)包含在襯底上沉積的多層電介質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，利用兩個反射表面之間的干涉，所述選擇性反射鏡(14)被制造成以便產(chǎn)生法布里-珀羅效應。
7.一種激光光源，包含-激活元素(3)，所述激活元素包含摻雜矩陣，所述摻雜矩陣能夠吸收至少一束泵浦光束(5)以便放大激光輻射(6)的至少一束光束；-泵浦系統(tǒng)(1)，能夠發(fā)射至少一束泵浦光束(5)；-光學傳送系統(tǒng)(7)，用于使由所述泵浦系統(tǒng)(1)發(fā)射的所述泵浦光束(5)射入所述激活元素(3)以便泵浦所述激活元素；以及-光學諧振腔(8)，用于提取所述激光輻射(6)，其特征在于，所述泵浦系統(tǒng)(1)屬于權(quán)利要求1所指定的類型。
全文摘要
泵浦系統(tǒng)(1)包含至少一個泵浦二極管(12)，所述泵浦二極管(12)能夠發(fā)射泵浦光束(5)，其波長隨溫度而變化；泵浦系統(tǒng)(1)包含至少一個準直單元(13)，以及至少一個選擇性反射鏡(14)，所述選擇性反射鏡(14)包含多個光譜反射率峰值，用于根據(jù)泵浦二極管(23)的溫度變化，每次將泵浦二極管(12)的操作鎖定在這些峰值中的至少一個峰值上，以使泵浦系統(tǒng)(1)發(fā)射泵浦光束(5)，根據(jù)溫度的變化，接連對應于多個預定波長(λ1至λ4)，所述泵浦光束(5)的波長逐步變化。
文檔編號H01S3/091GK1874086SQ20061007927
公開日2006年12月6日 申請日期2006年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月25日
發(fā)明者J·-E·蒙塔納, M·勒內(nèi)夫 申請人:塞拉斯激光工業(yè)公司