專利名稱：激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器。本發(fā)明還涉及對(duì)應(yīng)的激光方法和包括激光器的照明裝置。
背景技術(shù)：
A. Richter 等人在 Optics Letters, vol. 29, No. 22, 2638 到 2640 頁(yè)，2004 年
11月 15 I=[的又*“Diode pumping of a continuous-wave Pr3+_doped LiYF4 laser，，公開(kāi)了ー種激光器，包括Pr YLF作為線性轉(zhuǎn)換材料，用于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為523nm的緑色激光。Pr :YLF具有小于Inm的窄吸收帯，為了泵浦這種線性轉(zhuǎn)換材料，必須要使用藍(lán)色泵浦光，其波長(zhǎng)在這ー窄吸收帶之內(nèi)。一般來(lái)說(shuō)，泵浦光源不能以這樣高的波長(zhǎng)精度來(lái)制造。于是，在已經(jīng)生產(chǎn)一定量的泵浦光源之后，必須要檢查這些泵浦光源中哪些提供了 Pr =YLF窄吸收帶之內(nèi)的藍(lán)色泵浦光，然后選擇這些泵浦光源用于組裝激光器。因此，所生產(chǎn)的泵浦光源中僅有相對(duì)小的量能夠用于組裝激光器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器，其中可以降低對(duì)泵浦光波長(zhǎng)精度的要求。本發(fā)明的另一目的是提供一種對(duì)應(yīng)的激光方法和照明裝置，具體而言，是包括激光器的激光投影儀。在本發(fā)明的第一方面中，提供了 一種在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器，其中激光器包括
-激光諧振器，
-包括5d-4f躍遷的摻稀土各向異性晶體，其中在激光諧振器之內(nèi)布置所述晶體，-泵浦光源，所述泵浦光源通過(guò)利用泵浦光照射晶體來(lái)泵浦所述晶體，以利用5d-4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。摻稀土各向異性晶體的5d_4f躍遷包括分布于數(shù)nm上的吸收帶。于是，能夠使用具有相對(duì)寬的波長(zhǎng)范圍之內(nèi)的波長(zhǎng)的泵浦光。這降低了對(duì)泵浦光源波長(zhǎng)精度的要求。例如，可以使用包括以大約IOnm精度指定的波長(zhǎng)的藍(lán)色激光二極管來(lái)泵浦包括5d-4f躍遷的摻稀土各向異性晶體。摻稀土的各向異性晶體的吸收帶優(yōu)選具有5nm或更大的寬度，更優(yōu)選IOnm或更大寬度，甚至更優(yōu)選30nm或更大寬度，也可以具有50nm或更大的寬度。5d-4f 躍遷優(yōu)選是 Afn-1Sd1-Afn 躍遷。優(yōu)選所述晶體和所述泵浦光源適于使得產(chǎn)生的激光在緑色波長(zhǎng)范圍之內(nèi)?？梢栽跀?shù)種應(yīng)用中使用在緑色波長(zhǎng)范圍中發(fā)光的激光器。例如，已知大功率藍(lán)光和紅光半導(dǎo)體激光器，其例如可以用于數(shù)字投影的目的。如果晶體和泵浦光源適于使得產(chǎn)生的激光在緑色波長(zhǎng)范圍之內(nèi)，則激光器能夠與大功率藍(lán)光和紅光半導(dǎo)體激光器一起形成RGB激光源，其例如可以用于數(shù)字投影的目的。
進(jìn)ー步優(yōu)選地，晶體適于包括特定的指標(biāo)軸,其中稀土摻雜元素的5d_4f躍遷上可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍的受激發(fā)射相對(duì)于所述特定指標(biāo)軸的截面和同一可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍受激態(tài)吸收相對(duì)于同一特定指標(biāo)軸的截面之和是正的，其中用正號(hào)表示所述受激發(fā)射的截面，用負(fù)號(hào)表示所述受激態(tài)吸收的截面。5d_4f躍遷的受激發(fā)射和受激態(tài)吸收相對(duì)于指標(biāo)軸的截面優(yōu)選是這樣的截面，其中受激發(fā)射光和/或受激態(tài)吸收光的電場(chǎng)矢量平行于指標(biāo)軸。5d_4f躍遷的截面優(yōu)選是Afn-1Sd1-Afn躍遷的發(fā)射截面，受激態(tài)吸收的截面優(yōu)選是從最低的5d能帯、即從初始狀態(tài)到4fn基態(tài)之外其他狀態(tài)的截面。進(jìn)ー步優(yōu)選地，激光諧振器包括諧振器軸，其中特定指標(biāo)軸不平行于諧振器軸。具體而言，特定指標(biāo)軸可以與諧振器軸正交。通過(guò)相對(duì)于諧振器軸取向晶體，使得特定指標(biāo)軸不平行于、具體而言正交于諧振器軸，可以提供高效率的激光器，其在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。在實(shí)施例中，泵浦光在不平行于、具體而言正交于諧振器軸的泵浦方向上照射晶體。于是，可以橫向泵浦激光器。不過(guò)，在其他實(shí)施例中，也可以縱向泵浦激光器。泵浦光可以是偏振的。利用偏振泵浦光，可以提高激光器的效率。不過(guò)，也可以利用非偏振的泵浦光操作激光器。優(yōu)選晶體包括斜方晶體結(jié)構(gòu)。進(jìn)ー步優(yōu)選地，晶體包括由Sch5nflies記號(hào)“D2h”表示的晶系。在實(shí)施例中，晶體包括空間群“P n m a (62)”的晶體結(jié)構(gòu)。晶體優(yōu)選具有CaFe2O4結(jié)構(gòu)類型的晶體結(jié)構(gòu)。這些晶體結(jié)構(gòu)是各向異性的，可能沿著晶體的至少ー個(gè)特定指標(biāo)軸導(dǎo)致強(qiáng)晶體場(chǎng)。強(qiáng)晶體場(chǎng)優(yōu)選修改截面，具體而言，増大5d-4f躍遷的截面和/或減小晶體受激態(tài)吸收的截面。這改善了激光器的效`率。進(jìn)ー步優(yōu)選地，晶體摻雜有鈰。此外，摻雜元素可以在ニ價(jià)部位結(jié)合在晶體中，在晶體中結(jié)合的摻雜元素優(yōu)選是三價(jià)的。在ニ價(jià)部位結(jié)合摻雜元素、尤其是鈰，減小了形成四價(jià)鈰和電荷轉(zhuǎn)移躍遷的概率。通過(guò)結(jié)合摻雜元素、尤其是鈰作為三價(jià)元素，可以提供相對(duì)有效的5d-4f躍遷，用于在可見(jiàn)光譜中產(chǎn)生激光。優(yōu)選晶體是CaSc204。這種晶體包括相對(duì)強(qiáng)的晶體場(chǎng)，其能夠至少沿著晶體的ー個(gè)指標(biāo)軸増大5d-4f躍遷的截面和/或減小受激態(tài)吸收的截面。這進(jìn)ー步提高了激光器的效率。還優(yōu)選利用包括45到75摩爾百分?jǐn)?shù)的Ca0、25到55摩爾百分?jǐn)?shù)的Sc2O3和0到40摩爾百分?jǐn)?shù)的摻雜元素的熔化物生產(chǎn)所述晶體。摻雜元素優(yōu)選是鈰。CaSc2O4晶體可以摻有例如高達(dá)40摩爾百分?jǐn)?shù)的例如鈰。優(yōu)選泵浦光源適于發(fā)射藍(lán)色泵浦光。優(yōu)選地，藍(lán)色泵浦光在380和480nm之間的波長(zhǎng)范圍中。藍(lán)色泵浦光能夠非常有效率地激勵(lì)4f_5d躍遷，由此進(jìn)一歩提高激光器的效率。此外，如果激光器適于用在激光投影儀中，可以使用藍(lán)色泵浦光的第一部分泵浦晶體，并可以使用藍(lán)色泵浦光的第二部分用于投影目的。于是，藍(lán)色泵浦光可以完成兩個(gè)功能，泵浦晶體以及在投影區(qū)域上投影信息。在本發(fā)明的一方面中，提供了ー種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器的照明裝置。所述照明裝置優(yōu)選包括至少ー個(gè)其他光源，用于產(chǎn)生與所述激光不同的另一光，其中所述照明裝置適于將所述激光與所述另一光混合以產(chǎn)生混合光。照明裝置優(yōu)選是激光投影儀。至少ー個(gè)另一光源優(yōu)選適于發(fā)射紅光。混合光可以是白光，其中白光可以是綠色激光、紅色激光和藍(lán)色激光的混合。藍(lán)色激光可以是泵浦光或另ー光源的光的一部分。在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光方法，其中所述激光方法包括
-在激光諧振器中提供包括5d-4f躍遷的摻稀土各向異性晶體，
-通過(guò)利用泵浦光照射晶體來(lái)泵浦所述晶體，以利用5d-4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。應(yīng)當(dāng)理解，權(quán)利要求1的激光器、權(quán)利要求13的照明裝置和權(quán)利要求15的激光方法具有類似和/或相同的優(yōu)選實(shí)施例，具體而言如從屬權(quán)利要求中所定義的那樣。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例也可以是從屬權(quán)利要求與相應(yīng)獨(dú)立權(quán)利要求的任
意組合。本發(fā)明的這些和其他方面將從下文描述的實(shí)施例變得顯而易見(jiàn)并參考其加以闡述。


在以下附圖中
圖1示意性和示范性示出了用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器的實(shí)施例，
圖2示意性和示范性示出了摻鋪各向異性晶體的項(xiàng)圖，
圖3示范性示出了與晶體的三個(gè)指標(biāo)軸相關(guān)的三個(gè)差異光譜，
圖4示意性和示范性示出了在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器的另ー實(shí)施例，
圖5示意性和示范性示出了照明裝置的實(shí)施例，以及
圖6示出了流程圖，其示范性示出了用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光方法的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示意性和示范性示出了用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器的實(shí)施例。激光器I包括具有5d_4f躍遷的摻稀土各向異性晶體2，以及泵浦光源3，用于利用泵浦光照射晶體2以泵浦晶體2，從而利用5d_4f躍遷產(chǎn)生可見(jiàn)光譜范圍中的激光。泵浦光可以適于利用泵浦光學(xué)器件6而被耦合到晶體2中。泵浦光學(xué)器件6可以是一般用于泵浦晶體并對(duì)泵浦光進(jìn)行例如準(zhǔn)直、整形和/或聚焦的光學(xué)器件。晶體2位于用于形成具有諧振器軸21的諧振器的諧振器鏡7和出射耦合鏡8之間。諧振器鏡7對(duì)于泵浦光高度透射,對(duì)于激光高度反射，出射稱合鏡8對(duì)于激光4是部分反射的，允許一部分激光離開(kāi)諧振器。配置晶體2和泵浦光源3，使得產(chǎn)生的激光在可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍之內(nèi)，更優(yōu)選在緑色波長(zhǎng)范圍之內(nèi)。晶體2優(yōu)選具有斜方晶 體結(jié)構(gòu)。進(jìn)ー步優(yōu)選地,晶體2包括由Sch5nflies記號(hào)“D2h”表示的晶體結(jié)構(gòu)。在實(shí)施例中，晶體2包括空間群“P n m a (62)”的晶體結(jié)構(gòu)。還優(yōu)選晶體2包括CaFe2O4結(jié)構(gòu)類型的晶體結(jié)構(gòu)。在這ー實(shí)施例中，晶體2是摻雜有鋪的CaSc204。鈰優(yōu)選在晶體2的ニ價(jià)部位以三價(jià)方式結(jié)合。晶體2適于包括特定的指標(biāo)軸22，其中鈰的5d_4f躍遷處受激發(fā)射相對(duì)于特定指標(biāo)軸22的截面和受激態(tài)吸收相對(duì)于同一特定指標(biāo)軸22的截面之和是正的。用正號(hào)表示受激發(fā)射的截面，用負(fù)號(hào)表示受激態(tài)吸收的截面。相對(duì)于諧振器軸21對(duì)晶體2進(jìn)行取向，使得特定指標(biāo)軸22不平行于諧振器軸21。在實(shí)施例中，特定的指標(biāo)軸22與諧振器軸21正交。泵浦光源3適于發(fā)射藍(lán)色泵浦光，具體而言，380和480nm之間波長(zhǎng)范圍中的藍(lán)色泵浦光。在這ー實(shí)施例中，泵浦光源3是泵浦波長(zhǎng)為479. 5nm的光學(xué)泵浦半導(dǎo)體激光器。圖2示意性和示范性示出了摻有三價(jià)鋪(Ce3+)的晶體2的項(xiàng)圖。項(xiàng)圖示出了鋪離子的4f能級(jí)，在能量上展寬的兩個(gè)最低5d能級(jí)，導(dǎo)帶CB和價(jià)帶VB。此外，該項(xiàng)圖示出了基態(tài)吸收(GSA)、用于在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光的受激發(fā)射(SE )，以及受激態(tài)吸收(ESA)。通過(guò)利用泵浦光泵浦晶體2，占據(jù)了較低的5d能級(jí)。由于晶體包括不平行于諧振器軸21的特定指標(biāo)軸22，所以ESA的截面小于SE的截面，有效率地產(chǎn)生激光。圖3示意性和示范性示出了晶體2的歸ー化差異光譜10、11、12。光譜10、11、12是由5d-4f躍遷(正值)處的受激發(fā)射和受激態(tài)吸收(負(fù)值)導(dǎo)致的。通過(guò)從晶體2被泵浦時(shí)測(cè)量的光譜減去晶體2未泵浦時(shí)測(cè)量的光譜來(lái)確定差異光譜10、11、12，其中差異光譜10、11、12涉及晶體中不同的指標(biāo)軸。利用波長(zhǎng)為479. 5nm的光學(xué)泵浦半導(dǎo)體激光器以270mW的功率泵浦晶體2。于是，通過(guò)計(jì)算在用光學(xué)泵浦的半導(dǎo)體激光器泵浦晶體2時(shí)測(cè)量的平行于特定指標(biāo)軸偏振的光的第一光譜和在未用光學(xué)泵浦的半導(dǎo)體激光器泵浦晶體2時(shí)測(cè)量的平行于特定指標(biāo)軸偏振的光的第二光譜之間的差異，確定特定指標(biāo)軸的差異光譜。為了測(cè)量來(lái)自第一受激態(tài)、即來(lái)自5d能帶的最低能級(jí)的吸收，將總功率為450W的寬帶發(fā)光氙燈的光引導(dǎo)到晶體2，使得光學(xué)泵浦的半導(dǎo)體激光器的泵浦光和氙燈的光從相反方向照射晶體2。過(guò)濾掉波長(zhǎng)小于475nm的光。應(yīng)當(dāng)注意，氙燈當(dāng)然僅用于確定光譜10、11、12，不用于產(chǎn)生激光。 在大約490到580nm的波長(zhǎng)范圍中，光譜10具有正值。于是，可以在490和580nm之間波長(zhǎng)范圍中產(chǎn)生激光，激光平行干與光譜10對(duì)應(yīng)的指標(biāo)軸而偏振。在上文參考圖1描述的實(shí)施例中，晶體2是縱向泵浦的。不過(guò)，也可以在另ー個(gè)方向上泵浦晶體。例如，可以如圖4中示意性和示范性所示那樣橫向泵浦晶體。圖4中所示的激光器201包括具有5d_4f躍遷的摻稀土各向異性晶體202，可以類似于上文參考圖1所述的晶體2。激光器201包括泵浦光源203，通過(guò)沿泵浦方向224用泵浦光204照射晶體202來(lái)泵浦晶體202，利用5d_4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。泵浦光源203可以類似于上文參考圖1所述的泵浦光源3。晶體202位于用于形成具有諧振器軸221的諧振器的諧振器鏡207和出射耦合鏡208之間。諧振器鏡207對(duì)激光高度反射，出射耦合鏡208對(duì)激光部分反射，允許一部分激光離開(kāi)諧振器。在這ー實(shí)施例中，晶體202也包括特定的指標(biāo)軸222，其中鈰的5d-4f躍遷處受激發(fā)射相對(duì)于特定指標(biāo)軸222的截面和受激態(tài)吸收相對(duì)于同一特定指標(biāo)軸222的截面之和是正的，其中用正號(hào)表示受激發(fā)射的截面，用負(fù)號(hào)表示受激態(tài)吸收的截面。特定的指標(biāo)軸222不平行于諧振器軸221，可以與其正交。泵浦方向224與諧振器軸221正交。泵浦方向224也可以與諧振器軸221形成另ー角度，例如45度角。
激光器201還包括泵浦光學(xué)器件206，用于通過(guò)已知方式調(diào)節(jié)泵浦光204，例如對(duì)泵浦光204進(jìn)行準(zhǔn)直、整形和/或聚焦。利用Czochralski方法，利用包括CaO、Sc2O3和鈰的熔化物生長(zhǎng)晶體2，其中用熔化物中的鈰離子替代0. 5摩爾百分?jǐn)?shù)的ニ價(jià)鈣離子。圖5示意性和示范性示出了包括激光器I的照明裝置的實(shí)施例。照明裝置20是激光投影儀，包括用于發(fā)射藍(lán)光的第一激光器13,用于發(fā)射綠光的第二激光器I (其為上文參考圖1所述的激光器)，以及用于發(fā)射紅光的第三激光器14。照明裝置20還包括對(duì)藍(lán)光高度透射、對(duì)綠光和紅光高度反射的第一鏡片15、對(duì)紅光高度透射、對(duì)綠光高度反射的第二鏡片16，以及對(duì)紅光高度反射的第三鏡片17。鏡片15、16、17用于混合由激光器13、1、14發(fā)射的藍(lán)光、綠光和紅光。將混合的光引導(dǎo)到可調(diào)節(jié)投影頭18，用于產(chǎn)生投影激光19。投影激光19包括應(yīng)當(dāng)投影到投影區(qū)域上的信息，投影區(qū)域例如是在房間的墻壁上，其中將投影激光19引導(dǎo)到投影區(qū)域上以顯示信息。照明裝置20還包括控制單元23和輸入單元30，控制單元23用于控制第一激光器13、第二激光器1、第三激光器14和可調(diào)節(jié)投影頭18，輸入單元30用于允許用戶輸入應(yīng)在投影區(qū)域上投影的信息。輸入單元30例如是像DVD播放器那樣的視頻輸入?yún)g元，其中可以插入包括視頻的數(shù)據(jù)載體?？刂破?3將視頻轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)，用于調(diào)制三個(gè)激光器13、I和14的強(qiáng)度，并用于移動(dòng)投影激光19，使其在投影區(qū)域上移動(dòng)，用于在投影區(qū)域上投影信息?？烧{(diào)節(jié)投影頭優(yōu)選包括用于移動(dòng)投影激光19的鏡片，從而在投影區(qū)域上顯示信息。因此，照明裝置20優(yōu)選使用飛點(diǎn)技木。不過(guò)，還可以使用其他激光投影技術(shù)在投影區(qū)域上投影信息。例如，可以應(yīng)用使用DMD、IXD或LCoS元件的激光投影技木。此外，也可以使用橫向泵浦的激光器，像上文參考圖4所述的激光器，作為例如照明裝置20中的綠光激光器。激光器13、1、14優(yōu)選在藍(lán)`色(430到450nm)、綠色(510到550nm)和紅色(610到650nm)的光譜區(qū)中發(fā)光。發(fā)射藍(lán)光的第一激光器13和發(fā)射紅光的第三激光器14優(yōu)選是半導(dǎo)體激光器。可以通過(guò)外調(diào)制器或通過(guò)直接調(diào)制激光器的輸出功率來(lái)調(diào)制第一激光器、第二激光器和/或第三激光器的激光福射強(qiáng)度。圖6示出了流程圖，示范性示出了用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光方法的實(shí)施例。在步驟101中，提供包括5d_4f躍遷的摻稀土各向異性晶體2，在步驟102中，利用泵浦光照射晶體2以泵浦晶體2，從而利用5d_4f躍遷產(chǎn)生可見(jiàn)光譜范圍中的激光。激光器I優(yōu)選基于對(duì)發(fā)射藍(lán)光的激光二極管、即泵浦光源進(jìn)行線性頻率轉(zhuǎn)換的原理。與利用二次諧波產(chǎn)生或上變頻產(chǎn)生綠色激光相比，這是簡(jiǎn)單得多的方式，因?yàn)閮H有線性吸收和發(fā)射過(guò)程對(duì)頻率轉(zhuǎn)換有貢獻(xiàn)。A. Richter等人的上述文章公開(kāi)了ー種包括Pr YLF作為線性轉(zhuǎn)換材料的激光器，線性轉(zhuǎn)換材料用于將藍(lán)光轉(zhuǎn)換成波長(zhǎng)為523nm的綠色激光。不過(guò)，如以上已經(jīng)提到的，Pr :YLF具有相對(duì)小的吸收帶、相對(duì)小的吸收系數(shù)、相對(duì)小的發(fā)射帶和相對(duì)大的穩(wěn)定時(shí)間。相反，上文參考圖1和4描述的激光器使用的晶體優(yōu)選包括更大的吸收帶、更大的吸收系數(shù)、更大的發(fā)射帶和更小的穩(wěn)定時(shí)間。Pr =YLF激光器中的激光躍遷是宇稱禁戒的4f帶內(nèi)躍遷。為了獲得減少穩(wěn)定時(shí)間的更大的截面，激光器I和201優(yōu)選使用由晶體摻雜元素周圍不對(duì)稱分布的氧離子在強(qiáng)晶體場(chǎng)中引起的宇稱允許的5d-4f躍遷。此外，各向異性導(dǎo)致可見(jiàn)光譜區(qū)中5d-4f躍遷處的激光放大，其中摻雜元素、尤其是鈰離子的ESA取決于激光的偏振，且其中至少沿著結(jié)晶軸之一放大綠色光譜區(qū)之內(nèi)的光子。在ー些晶體中，鈰在紫外光譜區(qū)中發(fā)光。不過(guò)，利用晶體場(chǎng)相對(duì)強(qiáng)的晶體，獲得了可見(jiàn)光譜區(qū)中的發(fā)射。作為這種具有強(qiáng)晶體場(chǎng)的各向異性摻鈰晶體的范例，Ce3+ =CaSc2O4是適當(dāng)?shù)牟牧?。因?yàn)榫w的吸收相對(duì)大，可以用泵浦光源的泵浦光對(duì)其進(jìn)行橫向泵浦。此外，因?yàn)榘l(fā)射帶寬，所以可以調(diào)節(jié)激光器從而可以改變激光器的發(fā)射波長(zhǎng)。這在分光應(yīng)用中可能是有用的。優(yōu)選在ニ價(jià)部位結(jié)合鈰離子，以避免形成四價(jià)鈰并減小電荷轉(zhuǎn)移躍遷的概率。不過(guò)，也可以在三價(jià)部位向各向異性晶體中結(jié)合鈰。盡管在上述實(shí)施例中,摻雜晶體為CaSc2O4,但在其他實(shí)施例中,可以使用摻有摻雜元素的其他各向異性晶體，利用5d_4f躍遷在可見(jiàn)光譜區(qū)中產(chǎn)生激光。例如，可以使用其他摻雜氧化物作為摻雜各向異性晶體，其中摻雜氧化物可以摻有鈰或另一種摻雜元素。例如，與氟或氯相比，氧離子具有相對(duì)高的極化度和共價(jià)性。因?yàn)檫@種相對(duì)高的極化度和共價(jià)性，各向異性晶體中存在的5d能帶的質(zhì)心偏移可能將5d_4f躍遷從紫外光譜區(qū)移動(dòng)到可見(jiàn)光譜區(qū)中。進(jìn)ー步優(yōu)選地，各向異性晶體包括在摻雜元素周圍、具體而言在鈰離子周圍不對(duì)稱分布的氧離子，即，對(duì)于摻雜元素而言優(yōu)選不對(duì)稱的晶格位置。氧離子的不對(duì)稱分布能夠產(chǎn)生強(qiáng)到足以展寬5d能帶的晶體場(chǎng)，這也可能導(dǎo)致5d-4f躍遷從紫外光譜區(qū)移動(dòng)到可見(jiàn)光譜區(qū)。例如，氧離子的不對(duì)稱分布能夠形成變形的立方體或四面體，以便產(chǎn)生晶體場(chǎng)，這允許激光器在可見(jiàn)光譜區(qū) 中產(chǎn)生激光。不使用CaSc2O4晶體，可以使用另ー種各向異性摻雜晶體在可見(jiàn)光譜區(qū)中產(chǎn)生激光。例如，可以使用另ー種具有CaFe2O4結(jié)構(gòu)的摻雜各向異性晶體，例如CaY1Sc1O415盡管在上述實(shí)施例中，將波長(zhǎng)為479. 5nm的光學(xué)泵浦半導(dǎo)體激光器用作泵浦光源，但在其他實(shí)施例中，可以使用其他泵浦光源，例如在例如405nm或450nm波長(zhǎng)發(fā)光的半
導(dǎo)體激光二極管。盡管在上文參考圖5所述的實(shí)施例中在激光投影儀之內(nèi)使用了激光器，但也可以在其他照明裝置、像光纖照明単元、聚光燈等中使用激光器。通過(guò)研究附圖、公開(kāi)內(nèi)容和所附權(quán)利要求，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在實(shí)踐請(qǐng)求保護(hù)的本發(fā)明時(shí)能夠理解和實(shí)現(xiàn)所公開(kāi)實(shí)施例的其他變化。在權(quán)利要求中，“包括” ー詞不排除其他元件或步驟，不定冠詞“一”不排除多個(gè)。單個(gè)單元或裝置可以完成權(quán)利要求中列舉的數(shù)項(xiàng)的功能。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉特定手段的簡(jiǎn)單事實(shí)并不表示不能有利地使用這些手段的組合。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)被解釋為限制范圍。本發(fā)明涉及一種在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器。在激光諧振器之內(nèi)布置包括5d-4f躍遷的摻稀土各向異性晶體，泵浦光源泵浦晶體，利用5d-4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。摻稀土各向異性晶體的5d-4f躍遷包括分布于數(shù)個(gè)nm上的吸收帶。于是，能夠使用具有相對(duì)寬的波長(zhǎng)范圍之內(nèi)的波長(zhǎng)的泵浦光。這降低了對(duì)泵浦光源波長(zhǎng)精度的要求，于是，能夠使用所生產(chǎn)泵浦光源量中更多的泵浦光源來(lái)組裝激光器，由此減少不合格品的 量。
權(quán)利要求
1.一種用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器，所述激光器(I ;201)包括-激光諧振器(7，8 ;207，208)，-包括5d-4f躍遷的摻稀土各向異性晶體(2 ;202)，其中在所述激光諧振器(7，8 ;207，208)之內(nèi)布置所述晶體(2 ;202)，-泵浦光源(3 ;203)，所述泵浦光源通過(guò)利用泵浦光照射所述晶體(2 ;202)泵浦所述晶體(2 ；202),以利用5d-4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2；202)和所述泵浦光源(3 ；203)適于使得產(chǎn)生的激光在綠色波長(zhǎng)范圍之內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2;202)適于包括特定的指標(biāo)軸(22 ；222)，其中稀土摻雜元素的5d-4f躍遷上可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍的受激發(fā)射相對(duì)于所述特定指標(biāo)軸(22 ；222)的截面和同一可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍受激態(tài)吸收相對(duì)于同一特定指標(biāo)軸(22 ；222)的截面之和是正的，其中用正號(hào)表示所述受激發(fā)射的截面，用負(fù)號(hào)表示所述受激態(tài)吸收的截面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光器，其中所述激光諧振器(7，8;207，208)包括諧振器軸(21 ;221)，且其中所述特定指標(biāo)軸(22 ;222)不平行于所述諧振器軸(21 ;221)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光器，其中所述特定指標(biāo)軸與所述諧振器軸正交。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2；202)包括斜方晶體結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2；202)具有CaFe2O4結(jié)構(gòu)類型的晶體結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2；202)摻有鈰。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中在二價(jià)部位處、在晶體(2；202)中結(jié)合摻雜元素。的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2 ；202)中結(jié)合的摻雜元素是三價(jià)
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其中所述晶體(2；202)是CaSc2O4t5
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光器，其中利用包括45到75摩爾百分?jǐn)?shù)的Ca0、25到55摩爾百分?jǐn)?shù)的Sc2O3和O到40摩爾百分?jǐn)?shù)的摻雜元素的熔化物生產(chǎn)所述晶體(2 ;202)。
13.—種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器(I ；201)的照明裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的照明裝置，其中所述照明裝置(20)包括至少一個(gè)其他光源(13，14)，用于產(chǎn)生與所述激光不同的另一光，其中所述照明裝置(20)適于將所述激光與所述另一光混合以產(chǎn)生混合光。
15.一種用于在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光方法，所述激光方法包括-在激光諧振器(7，8 ；207,208)中提供包括5d_4f躍遷的摻稀土各向異性晶體(2 ；202)，-通過(guò)利用泵浦光照射晶體來(lái)泵浦所述晶體(2 ；202),以利用5d-4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在可見(jiàn)光譜范圍中發(fā)射激光的激光器(1)。在激光諧振器(7，8)之內(nèi)布置包括5d-4f躍遷的摻稀土各向異性晶體(2)，泵浦光源(3)泵浦晶體(2)，以利用5d-4f躍遷在可見(jiàn)光譜范圍中產(chǎn)生激光。摻稀土各向異性晶體的5d-4f躍遷包括分布于數(shù)nm上的吸收帶。于是，能夠使用具有相對(duì)寬的波長(zhǎng)范圍之內(nèi)的波長(zhǎng)的泵浦光。這降低了對(duì)泵浦光源波長(zhǎng)精度的要求，于是，能夠使用所生產(chǎn)泵浦光源量中更多的泵浦光源來(lái)組裝激光器，由此減少不合格品的量。
文檔編號(hào)H01S3/16GK103038957SQ201180030932
公開(kāi)日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者U.維奇曼恩, M.A.W.費(fèi)克納, H.W.K.佩特曼恩, G.胡伯, F.雷徹特 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司