專利名稱：微片型激光器的制作方法
本申請是1988年2月2日提交的美國專利申請No.151396的部分后續(xù)申請。
本發(fā)明涉及一些單頻率的微片型激光器。
本說明書括號中的數(shù)字代表所引用的附在說明書最后部分中的文獻序號，本發(fā)明書引用了這些文獻的內容。近20多年來，單頻率的激光器、泵激二極管激光器和固態(tài)激光器的具體實現(xiàn)已成為人們的幾項研究的目標[1]。一種解決方案是使用固態(tài)單向非平面環(huán)形振蕩器[2]。然而，這種方案要想獲得所需要的激光特性，必須進行復雜的制造工藝和嚴格的光學調整。較簡單的解決方法是使用小型的線性固態(tài)腔[3-5]。雖然已經(jīng)對多模小型平面-平面形腔作過一些研究工作[6]，但是對于單模小型腔的最一般的設計是采用一個曲面鏡以穩(wěn)定諧振器[3-5]。1988年2月2日申請的申請?zhí)枮?51396的已批準的美國專利揭示了一種固態(tài)的光泵激微片型激光器，其所選擇的腔長能使增益介質的增益帶寬小于腔模的頻率間隔。這種關系保證了當這種模的頻率落在激光增益區(qū)時只有單縱模振蕩。
按照本發(fā)明一個方面的固態(tài)光泵激微片型激光器，包含配置于兩個鏡子之間的一種固態(tài)增益介質，鏡子間的距離選擇得使增益介質的增益帶寬大致等于腔模的頻率間隔。按照另一個方面，在兩個鏡子之間放有一種固態(tài)增益介質，鏡子間的距離選擇得使增益介質的增益帶寬小于或者大致等于腔模的頻率間隔。配有一種非線性光學材料以接收來自增益介質的光。選擇該非線性光學材料，使其能發(fā)出增益介質的光的二次或更高次諧波。
按照本發(fā)明的再一個方面，該微片型激光器包含一種固態(tài)增益介質/非線性光學材料的組合體，它處于兩個鏡子之間，鏡子間的距離選擇得使增益介質的增益帶寬小于或者大致等于腔模的頻率間隔。選擇該非線性光學材料，使其能發(fā)出來自增益介質的光的二次或更高次諧波。
通過選擇腔長使其增益帶寬大致等于腔模的頻率間隔，這就保證了只有一種腔體頻率落在激光增益區(qū)，并且只有一種激光頻率產生振蕩。由于含有非線性光學材料，因此產生了可見光或紫外光區(qū)，可用于讀出或寫入光盤和用于投影電視等。激光增益元件和非線性晶體都是介電涂覆的薄片。這些薄片用透明的光學粘合劑粘接一起，并被切割成許多小塊。與使用分離的光學元件而分別進行制造和裝配的裝置相比，這就大大降低了這類激光器的成本和復雜性。
本發(fā)明的單頻率微片型激光器采用了一種小型單片平面-平面形固態(tài)腔，其腔模之間的間隔大于介質的增益帶寬。這類激光器依照定向放大或非線性光學效應而限定了光激射模的橫向尺寸。由于采用了單片平面-平面形結構，因此這種微片型激光器的制造工藝適于大批量生產。因為每個激光器所用的材料量很少并且制造簡單，因而每個激光器的成本極低。所制得的微片型激光器是一種縱向泵激的、具有同二極管激光器的未聚焦輸出緊耦合的激光器。


圖1a和1b是激光增益和振蕩模與頻率的關系圖;
圖2a和2b是本發(fā)明的微片型激光器的剖面圖;
圖3是輸出強度與波長的關系圖;
圖4是本發(fā)明的激光器的輸出功率與泵激功率的關系圖;
圖5a和5b是示出所測得的本發(fā)明的激光器的光譜響應曲線圖;
圖6是本發(fā)明包括一種非線性光學元件的實施例的剖面圖;
圖7是本發(fā)明的在激光諧振腔中含有一種非線性光學元件的實施例的剖面圖;
圖8a示出了一種微片型激光器組，其一個薄片上連有一個二極管泵激激光器的薄片;而圖8b示出圖8a的激光器組與帶有法布里-珀羅諧振器的非線性光學材料的薄片相結合的情況;以及圖9a示出一個帶有應力調諧裝置的圖6所示的微型激光器的實施例;而圖9b示出一個帶有熱調諧裝置的圖6所示的微型激光器的實施例。
現(xiàn)在結合圖1對本發(fā)明所依據(jù)的原理進行討論。圖1a中，曲線10是任何固態(tài)激光增益介質(例如Nd釔鋁石榴石YAG或戊磷酸鹽釹的增益隨頻率變化的曲線。曲線10的增益帶寬νg定義為增益急驟衰減的箭頭12和14之間的間隔。圖1a還示出了腔內模16和18。相鄰兩腔模之間的間隔νc由公式νc＝c/2πl(wèi)給出，其中C為光速，n為增益介質的折射系數(shù)，l為諧振腔的長度。如圖1a所示，諧振腔的長度l被選擇成使l小于c/2nνg，使腔內模16和18的間距大于曲線10的增益帶寬;而腔模的吸收頻率νa＝mc/2nl，其中m為一整數(shù)，使該頻率落在增益帶寬的外面。這種情況表示腔內模16和18跨越在增益曲線10上，由于增益曲線10既不和模16重疊也不和模18重疊，所以沒有增益介質的激光作用。為了使增益介質被光激勵，必須使增益曲線10與腔內模之一，例如模18，至少部分重疊，如圖1b所示。適當選取增益材料和腔長，即可產生這種重疊。
現(xiàn)在參看圖2a，微片型激光器30包括一處于一對鏡子34和36之間的固態(tài)增益介質32。鏡子34和36涂覆有多層(20-30層)介電材料。增益介質32被激光器38光泵激之后所輸出的光40由透鏡42聚焦到鏡子34上。鏡子34透射泵激勵的激光器38發(fā)出的光而反射增益介質32產生的光。選擇增益介質32的長度l使l≤c/2πνg，這里νg為該增益介質的帶寬。在這種情況下，正如以上所指出的，當νa落在增益帶寬之內時，在增益介質32中只有單模振蕩，以致來自激光器30的輸出光44是單一頻率的。鏡子34和36可以是兩個與增益介質32直接連接的分開的元件，或者是直接覆蓋在增益介質32的相對平表面上的多層元件。在圖2b中，激光器38是緊靠在或直接連接在鏡子34上的，從而使來自泵激光器的大部分光在微片激光器的基模區(qū)被吸收。為了驗證二極管泵激的微片型激光器的可行性，制成了幾種不同的微片型激光器，并在室溫下以連續(xù)波形式(CW)工作。這些激光器包括用730μm長的腔體，波長為1.06μm的Nd∶YAG(NdxY3-xAl5O12)激光器;用730μm長的腔體，波長為1.3μm的Nd∶YAG激光器;用100μm長的腔體，波長為1.06μm的戊磷酸釹(NdP5O14)激光器以及用625μm長的腔體，波長為1.06μm的Nd∶GSGG(NdxGd3-xSc2Ga3O12)激光器。在每種情況下，單縱模、單-空間-模的工作都是以高于閾值許多倍的泵激功率完成的。
以下描述1.06μm的Nd∶YAG微片型激光器的性能。這種激光器是在一片YAG切片中添加了1.1%重量比的Nd構成的。這種切片被切割和拋光成730μm厚度。介電的腔鏡直接配置在YAG上。對于其他的微片型激光器，兩面鏡子是從100μm厚的薄片上切割下來，然后連結到Nd∶YAG的。這種分開的鏡裝置的性能與介電覆蓋的Nd∶YAG腔的性能十分相似。輸出鏡36在1.06μm波長時具有99.7%的反射率，它被設計成用于反射泵激的激光。與其相對放置的鏡子34在1.06μm波長時具有99.9%的反射率，但可透射泵激激光。將Nd∶YAG切成1mm見方(或更小)的小塊，并連接到一藍寶石熱壑(未畫出)。為防止切割薄片時對介電涂層的損傷，需限制其離芯片邊緣的距離小于30μm。
使用Ti∶Al2O3激光器作為泵激源可使微片型激光器的特性優(yōu)于使用二極管泵激源。將Nd∶YAG的吸收峰值調整在0.809μm，并聚焦到該微片型激光器上，同時通過試驗確定使其在Nd∶YAG晶體上的光斑尺寸為50μm左右。多次測試表明，有18%的泵激入射功率被激光器外殼反射，而27%被透射。使用更好的介電涂層能改善微片型激光器的效能。
使Nd∶YAG微片型激光器與泵激源適當配合，即可觀察到單縱模、單空間模的工作。輸出光束22是具有20mrad(毫拉德)左右發(fā)散的環(huán)形對稱光束，取決于泵激光斑的尺寸大小。光譜儀描跡(圖3)僅表示，能吸收高達40mw的泵激功率的單縱模工作。如果使微片型腔上的泵激光斑移到稍不同于腔長的位置，則可對激勵激光頻率稍加調整。對于以薄片型鏡子構成的裝置，可用使鏡子作機械位移的方法使其在整個增益頻譜上作連續(xù)調諧。與文獻[7]所說的結論相反，該微片型激光器的輸出偏振方向與泵激激光的偏振方向相同，并好過其1%。
將一個計算機控制的可變衰減器放到泵激光束的光路中可使微片型激光器獲得該輸入-輸出功率特性。測得的激勵激光閾值低于1mw，而傾斜的量子效率(slopequantumeffieiency)(僅取決于來自99.7%的反射鏡的激光輸出)稍大于30%。其輸入-輸出曲線如圖4所示。在較高的泵激功率情況下，由于熱效應導致實驗結果的不重復。用該微片型激光器可達到的單模連續(xù)波輸出功率達22mw。
Nd∶YAG微片型激光器的線寬度是用使兩個自由振蕩的裝置在一起進行外差作用而測得的。為使激光器以大致相同的頻率進行工作，使用了熱調諧方法。該激光器的輸出是穩(wěn)定的，使之足以獲得以10KHz的分辨率進行外差式測量。在這分辨率下測量的光譜響應受到儀器所限(見圖5)。假定對于每種激光器的線寬度都有相同的作用，這種測量給出微片型激光器的線寬度小于5KHz。理論上的相位波動線寬度估計只有幾赫芝。張馳振蕩說明了所觀察到的邊帶偏離主峰值700KHz。邊帶強度隨時間變化，但總是大于30dB，低于主峰值。
已經(jīng)用20mwGaAlAS二極管激光器的未聚焦的輸出來泵激微片型Nd∶YAG激光器。Nd∶YAG腔被放在離二極管激光器的輸出面約20μm處，并被縱向泵激。在該Nd∶YAG上造成的泵激光斑直徑大約為50μm。該微片型激光器的輸出顯示出在各個可用功率上的單縱模、基(即最低次)單空間-模的工作情況。激光器的發(fā)散度是限于約20毫拉德的衍射光。
本發(fā)明的主要實施例示于圖6。圖6a中，一種非線性光學材料的涂有介電敷層的平薄片50用來接收來自微片型激光器30的光。薄片50包括兩個介電涂層52和54。薄片50的非線性光學材料具有如下的性質當它放入單色光下時，它能發(fā)出一束包含入射光束的幾種諧波的光。適用的非線性光學材料例如是，MgO∶LiNbO3和KTP(鈦氧基磷酸鉀)。如圖2所示實施例中所述，增益介質32的腔長l滿足關系式l≤c/2 π νg。來自微片型激光器30的光進入非線性光學元件50，使頻率改變成入射光束的諧波之一。最有用的諧波是二次諧波。選擇光涂層52和54使其成為一種工作于泵激波長上的法布里-珀羅腔。這種涂層在泵激波長下其典型反射率為98%。在諧波波長下鏡子52也有很強的反射能力，而鏡子54在諧波波長下有很好的透射能力。除了能使諧波晶體的腔體頻率調諧到該激光器頻率的技術之外，單頻的微片激光器也可調諧到與任何諧波晶體腔模諧振，并可以任何方式(包括監(jiān)視諧波輸出功率的強度)使其鎖定于該頻率上。該微片型激光器可以許多方法，進行連續(xù)調諧如所周知的利用對晶體施加縱向或橫向應力，或者以加熱的方法改變晶體的折射率。
圖9a示出一種與非線性光學材料50組合的微型激光器30。非線性光學材料50放在由鏡子52和54構成的法布里-珀羅腔中。激光器30的增益介質32位于固定光欄912和可動光欄910之間。通過可動光欄910可對增益介質32施加壓力(圖中示出以一個調整螺釘914來施加壓力)。通過調整施加于增益介質32上的壓力，可使激光器的激光頻率與法布里-珀羅腔的諧振頻率相匹配。圖9a表示出有一橫向應力施加于介質上。也可以通過在激光器激光方向上施加縱向應力來對激光器進行應力調諧。
圖9b示出一種與圖9a所示非線性光學材料50組合的微片型激光器30。但是，在本實施例中，增益介質32是放置在一個溫度調節(jié)封套918中的，該封套可通過溫度調節(jié)元件916進行加熱或冷卻。調節(jié)增益介質32的溫度就可對激光頻率進行熱調諧，使其與法布里-珀羅腔的諧振頻率相匹配。由于激光頻率能通過熱調諧而改變，因此也應注意到，為了對微型激光器進行應力調諧以保持其調諧狀態(tài)，同時有必要調整增益介質的溫度。
在整個增益帶寬范圍內能夠對微片型激光器進行連續(xù)調諧而沒有模的躍變，能對任何諧波晶體的法布里-珀羅腔模進行精密調諧和頻率鎖定是一個顯著優(yōu)點。
具有諧振腔的諧波晶體可以與微片型激光器分離開，或者可以用光學上的透明粘結劑使其直接連接到微片型激光器的輸出端。諧波晶體上的平面-平面形腔體的使用，因用了類似微片型激光器的薄片工藝技術，而簡化了制造工藝。但是，任何已知的用于諧振諧波腔的技術也可用來與微片型激光器配合，例如單向環(huán)形諧振器或球面鏡腔體。還有，激光器腔體自身之內亦可包含非線性材料。
圖6(b)示出類似圖6(a)的一種結構，但是帶有一個二極管激光器，該二極管激光器緊靠在或連接到激光介質上。圖7是本發(fā)明的一個實施例，在該實施例中非線性光學材料形成了該激光器腔體結構的一部分。微片型激光器70包括一激活的增益介質的薄片72。一種非線性光學元件74連在增益介質72上。再配以介電的鏡子34和36即構成了微片型激光器70。鏡子34和36之間的間距l(xiāng)滿足下列關系式νg≤c/2(n1l1+n2l2)l＝l1+l2式中l(wèi)1和n1分別是增益介質的長度和折射率，l2和n2分別是非線性材料的長度和折射率。
本領域人員都可了解，通過選擇適當?shù)姆蔷€性光學材料，可使經(jīng)諧波變換的微片型激光器的輸出光為可見光或紫外光，并可用于讀出或寫入光盤，或者用于投影電視等方面。還可了解，利用相同的制造技術，一種電光調制器或聲光調制器可包括到帶有調制電極的組合結構中，并且在切片之前對該薄片進行光刻。這種制造技術比使用分立的光學元件來分別制造和裝配來說大大降低了這類裝置的成本和復雜性。
除了用適當?shù)姆蔷€性材料來產生諧波外，非線性的頻率轉換也可以通過將適當?shù)姆蔷€性光學材料用于光學參量振蕩或增益以及頻率相加或相減，并混合使用單頻率的微片型激光器來完成。類似于上述的腔體構造可用于制成一種微片型激光器，該激光器的單頻率光可通過參量變換裝置而進行頻率變換，從而變成兩種較低頻率的光。在這種參量變換的微片型激光器中，其諧振器不同于前述諧振器的地方僅在于這種非線性光學材料是一種參量變換材料，例如LiNbO3或KNbO3，以及其腔的涂層是按照構成這類裝置的已知技術而選取的。
以下闡述上述實施例的制造技術。激光材料的剛玉是用傳統(tǒng)方法生長出來的。根據(jù)是否需要將非線性光學元件組合到諧振腔上而把該剛玉切成適當?shù)暮穸取Ｖ瞥龅谋∑丿B成所需的長度，以常規(guī)的疊片技術將其并聯(lián)和展平成比一個波長要好。該薄片必須是受二極管泵激激光器照射的面上的一平層。
在這一點上，增益介質要在其相對的面上涂覆多層介電材料。另外，也可以用分開的鏡子結合到增益介質上。然后，將該切片或薄片切割成各個微片型激光器，這種激光器能裝在泵激光學裝置上。
這些用于進行頻率轉換的非線性光學元件被疊成一個平面并且互相并列，它們或者在激光腔體之內或者在激光腔體之外，如圖6和圖7所示。當非線性光學材料在諧振腔之外時，該非線性材料的兩個表面都涂覆有介電層，這些介電層對于微片型激光器所產生的一定頻率的光有很高的反射率。此外，最靠近微片型激光器的非線性光學材料的表面所涂覆的介電層，對于由非線性光學材料產生的一定波長的光有很高的反射率。雖然為易于制造起見，非線性元件可重疊在兩個平的表面上，但是在該光學材料處于激光腔體外面時也可以使背離微片型激光器方向的表面是一個不平的表面。
已有的諧振器技術中的任何非并列的諧振器都可與本發(fā)明的微片型激光器一起使用。事實上，因為該激光器能調諧到這一諧振腔頻率，因此使用這種微片型激光器將使這類諧振腔的設計更為容易。
如果非線性光學元件是諧振腔的一部分，則增益介質的剛玉應切割和重疊成平的和并列的。非線性光學材料也可疊成平的和并列的，并用透明的光學粘接劑連接到增益介質上。增益材料和非線性光學材料的長度滿足前述的關系式。在將增益介質和非線性光學材料粘接在一起以后，把鏡子加到其他表面上，作為材料自身的多層介電涂層或作為分開的鏡子，同時將該薄片切割成芯片。
應當指出，通過對一些薄片進行不簡單的切割，可以構成一種微片型激光器組或構成一種微片型激光器的非線性頻率轉換器組。亦即通過使微片型激光器成薄片形，并且將該微片型激光器薄片與一個二維二極管激光器排列組合，以泵激該微片型激光器組，這樣即形成了一個二維的微片型激光器陣列。參看圖8a，一個二維的微片型激光器陣列是由一個激光二極管組810和一個微片型激光器薄片812組合而成。由激光二極管814發(fā)出的光激勵微片型激光器以發(fā)射光。這兩個薄片可用透明的粘合劑粘接到一起。如果該微型激光器薄片在其諧振腔中還包括非線性光學材料，用兩個薄片系統(tǒng)進行頻率轉換也是可能的。但是，如果在微片型激光器上沒有非線性光學材料，通過簡單地把帶有該非線性光學材料的薄片和法布里-珀羅諧振腔816與其他薄片組合起來仍能構成一種陣列。這種配置如圖8b所示。非線性光學材料腔的諧振頻率必須與以上述方式構成的微芯片頻率相匹配。
如果需要一個定向的激光束，微片型激光器陣列是特別有用的。通過適當?shù)恼{制使用了例如放置在輸出光束上或每一微片型激光器腔體中的各個編有地址的相位調制器的各微片型激光器的相位，可對這種陣列的相位進行控制，并因而對該種光束定向。該單頻率微片型激光器的二維陣列的輸出可用已知的雙透鏡技術相干地組合成單一光束。
按照本發(fā)明的二極管泵激微片激光器呈現(xiàn)出低的泵激閾值，高的效率并以單頻率工作。這些激光器能通過對該微片型激光器晶體施加橫向或縱向應力而以單頻率在其增益帶寬范圍內進行連續(xù)調諧。該微片激光器可以光刻配置電極的方式而用于例如頻率轉換器、調制器和Q開關中。它可使成本降低，大批量地生產激光器和光電裝置。它與放置在腔體內部或外部的非線性光學材料共同作用可產生其他波長的光。這種裝置的輸出光處于可見光或紫外光范圍，可用于讀出和寫入光盤，以及供投影電視等應用。
權利要求
1.一種固態(tài)的光泵激的微片型激光器，其特征在于包括一種固態(tài)增益介質，配置在兩個鏡子之間，鏡子間的間距被選擇成能使增益介質的增益帶寬小于或大致等于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內；以及一種非線性光學材料，配置成能接收來自增益介質的光，選擇該非線性光學材料，使其能產生來自增益介質光的二次或更高次的諧波；所述非線性光學材料包含在一個法布里-珀羅諧振器之內。
2.如權利要求1所述的微片型激光器，其特征在于，所述微片型激光器還包括一個用以對所述增益介質施加縱向應力的裝置，從而對來自該微片型激光器的光的頻率進行調諧，使之與含有適當非線性晶體的法布里-珀羅諧振器的諧振頻率相一致。
3.如權利要求1所述的微片型激光器，其特征在于，所述微片型激光器還包括一個用以對所述增益介質施加橫向應力的裝置，從而對來自該微片型激光器的光的頻率進行調諧，使之與含有適當非線性晶體的法布里-珀羅諧振器的諧振頻率相一致。
4.如權利要求1所述的微片型激光器，其特征在于，所述微片型激光器還包括一個用以改變所述增益介質溫度的裝置，從而對來自該微片型激光器的光的頻率進行調諧，使之與含有適當非線性晶體的法布里-珀羅諧振器的諧振頻率相一致。
5.如權利要求1所述的微片型激光器，其特征在于，所述的非線性光學材料被包含在具有平的平行表面的一個諧振器內。
6.如權利要求1所述的微片型激光器，其特征在于，所述的非線性光學材料被包含在一個諧振器內，該諧振器有一個朝向增益介質配置的平的面和一個背離增益介質方向配置的球面。
7.一種固態(tài)的光泵激的微片型激光器，其特征在于包括一個配置在兩個鏡子之間的固態(tài)增益介質和非線性光學材料的組合體;鏡子間的間距被選擇成能使增益介質的增益帶寬小于或大致等于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內;該非線性光學材料被選擇成能產生與來自增益介質的光的其他頻率。
8.如權利要求7所述的微片型激光器，其特征在于，增益介質的長度和非線性材料的長度滿足下列關系式νg≤c/2(n1l1+n2l2)式中n1和l1分別表示增益介質的折射率和長度，n2和l2分別表示非線性光學材料的折射率和長度，而νg是增益材料的帶寬。
9.如權利要求1、2或7之一所述的微片型激光器，其特征在于，所述的增益介質為Nd∶YAG。
10.如權利要求9所述的微片型激光器，其特征在于，所述鏡子間的間距約為730μm。
11.如權利要求1、2或7之一所述的微片型激光器，其特征在于，所述的增益介質為戊磷酸釹。
12.如權利要求11所述的微片型激光器，其特征在于，所述鏡子間的間距約為100μm。
13.如權利要求1、2或7之一所述的微片型激光器，其特征在于，所述增益介質為Nd∶GSGG。
14.如權利要求13所述的微片型激光器，其特征在于，所述鏡子間的間距約為625μm。
15.如權利要求9所述的微片型激光器，其特征在于，所述泵激的光被調諧在0.809μm。
16.如權利要1、2或7之一所述的微片型激光器，其特征在于，所述鏡子是由多層介電材料形成。
17.如權利要求1、2、7、9、11或13之一所述的微片型激光器，其特征在于，所述的非線性材料為MgO∶LiNbO3。
18.如權利要求1、2、7、9、11或13之一所述的微片型激光器，其特征在于，所述的非線性材料為KTP。
19.如權利要求15所述的微片型激光器，其特征在于，所述的光泵激源聚焦于Nd∶YAG晶體上，以形成一尺寸為50μm的光斑。
20.一種用非線性光學材料激光頻率轉換器制造微片型激光器的方法，其特征在于包括以下步驟生成一種激光增益材料的剛玉;將該激光增益材料的剛玉切割成一薄片;使該增益薄片重疊成平的和并列的，并使其厚度為1，其中1滿足下列關系式l≤c/2n νg式中n為增益材料的折射系數(shù)，νg為增益材料的帶寬;將兩個鏡子放到所述增益材料的薄片上以形成一諧振腔;將帶有諧振腔薄片的增益材料切割成微型芯片;將微型芯片與泵激激光器組合起來，使激光能通過諧振腔的表面進入增益材料;逐漸生成一種非線性光學材料的剛玉;將該非線性光學材料的剛玉切割成一薄片;以所述非線性光學材料薄片為基礎形成一法布里-珀羅諧振腔;將具有法布里-珀羅諧振腔的非線性光學材料薄片切割成芯片;以及將一個非線性光學材料芯片和一個微型芯片組合起來，使由于泵激激光的激勵而從微型芯片射出的光通過所述法布里-珀羅諧振腔的一個表面射到該非線性光學材料芯片上。
21.一種用非線性光學材料激光頻率轉換器制造微片型激光器的方法，其特征在于包括以下步驟生成一種激光增益材料的剛玉;生成一種非線性光學材料的剛玉;將激光增益材料的剛玉切割成一薄片;將非線性光學材料的剛玉切割成一薄片;使激光增益材料的薄片和非線性光學材料的薄片重疊成并列的和平的，并使其厚度分別為l1和l2，它們滿足以下關系式νg≤c/2(n1l1+n2l2)式中n1是增益介質的折射率，n2是非線性光學材料的折射率，νg是增益介質的帶寬;用透明的光學粘結劑將增益材料薄片粘接到非線性光學材料薄片上;將鏡子放到上述被粘接后的薄片的每一自由表面上，以形成一諧振腔;將組合成的薄片和諧振腔切割成微型芯片;以及將一個帶有諧振腔的微型芯片和一泵激激光器組合起來，使從泵激激光器射出的光通過與增益介質組合的諧振器的表面而射入諧振腔。
22.一種固態(tài)的光泵激的微片型激光器，其特征在于包括一種固態(tài)增益介質，配置在兩個鏡子之間，鏡子的間距被選擇成能使增益介質的增益帶寬大致等于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內。
23.如權利要求22所述的激光器，其特征在于還包括一個用于改變所述增益介質溫度的裝置，從而對該激光器進行熱調諧。
24.如權利要求22所述的激光器，其特征在于還包括一個用于對所述增益介質施加縱向應力的裝置，從而對該激光器進行應力調諧。
25.如權利要求22所述的激光器，其特征在于還包括一個用于對所述增益介質施加橫向應力的裝置，從而對該激光器進行應力調諧。
26.一種微片型激光器的組，其特征在于包括一個配置在兩個鏡子之間的增益材料的薄片，該薄片的厚度被選擇成能使增益介質的增益帶寬小于或大致等于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內;以及使該薄片靠近被調整好的一個二極管激光器的薄片上，以激勵所述增益介質使其發(fā)射光。
27.如權利要求26所述的激光器組，其特征在于還包括一個配置在兩個鏡子之間的非線性光學材料薄片;它們被定位成能形成一個法布里-珀羅諧振腔，其諧振頻率與微片型激光器的振蕩的模一致;并且它們被定位成能被所述微片型激光照射，從而被激勵成能進行光學頻率變換。
28.一種固態(tài)的光泵激的微片型激光器，其特征在于包括一種固態(tài)增益介質，配置在兩個鏡子之間，鏡子間的間距被選擇成能使增益介質的增益帶寬小于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內;以及一個用于改變所述增益介質溫度的裝置，從而對該激光器進行熱調諧。
29.一種固態(tài)的光泵激的微片型激光器，其特征在于包括一種固態(tài)增益介質，配置在兩個鏡子之間，鏡子間的間距被選擇成能使增益介質的增益帶寬小于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內;以及一個用于對所述增益介質施加縱向應力的裝置，從而對該激光器進行應力調諧。
30.一種固態(tài)的光泵激的微片型激光器，其特征在于包括一種固態(tài)增益介質，配置在兩個鏡子之間，鏡子間的間距被選擇成能使增益介質的增益帶寬小于腔模的頻率間隔，以及使一個腔模的頻率落在該介質的增益帶寬之內;以及一個用于對所述增益介質施加橫向應力的裝置，從而對該激光器進行應力調諧。
全文摘要
一種微片型激光器包括配置在兩鏡子間的增益介質，以形成一諧振腔。所選諧振腔的長度使該介質的增益帶寬小于或等于腔模的頻率間隔，并使一個腔模的頻率落在增益帶寬內。一種非線性光學材料，配置該腔體的里面或外面，以產生新的激光波長。該非線性光學材料可包含在所述激光器的頻率上產生諧振的腔體內。所述激光器還可借助熱力或施加縱向或橫向應力對諧振腔的頻率進行調諧。
文檔編號H01S3/16GK1045200SQ9010066
公開日1990年9月5日 申請日期1990年2月9日 優(yōu)先權日1989年2月9日
發(fā)明者阿蘭姆·穆爾拉迪安 申請人:麻省理工學院