專利名稱：一種全固態(tài)激光器用的激光頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光頭，特別涉及一種全固態(tài)激光器用的微型激光頭。
背景技術(shù)：
目前半導(dǎo)體激光器的發(fā)展情況，綠光半導(dǎo)體激光器和藍(lán)光半導(dǎo)體激光器的輸出應(yīng) 用停留在低功率水平，紅光半導(dǎo)體激光器雖然功率水平上相對較高，但是波段較為單一。盡 管半導(dǎo)體激光器體積小、集成度高，但是光束質(zhì)量較差，無法獲得大功率的輸出，同時在光 譜覆蓋程度上也還需要進(jìn)一步的擴(kuò)展，與實(shí)際應(yīng)用還有一定的差距。 由于全固態(tài)激光器單束激光輸出功率提高的困難以及單束光束功率密度過高帶 來的晶體散熱困難，為了滿足全固態(tài)激光器大功率輸出的需求，目前有采用半導(dǎo)體激光器 列陣泵浦全固態(tài)激光器的方式，用以提高總輸出功率和改善晶體熱效應(yīng)問題。現(xiàn)有技術(shù)中 有幾種采用半導(dǎo)體激光器列陣泵浦全固態(tài)激光器的情況，其中一種以垂直腔面發(fā)射的半導(dǎo) 體激光列陣泵浦的全固態(tài)激光器，如在專利號為ZL02121545. 6的中國專利中介紹的那樣，
它是一種垂直腔面發(fā)射的半導(dǎo)體激光列陣作為泵浦源并采用腔內(nèi)倍頻的激光器技術(shù)。但是 由于其為垂直腔面發(fā)射，雖然其具有較好的光束質(zhì)量，其發(fā)射形式卻很大程度上限制了輸
出功率的提高。另一種現(xiàn)有技術(shù)如專利號為US5351259的美國專利，采用bar條形式的半 導(dǎo)體激光器列陣作為全固態(tài)激光器的泵浦源，泵浦片狀激光晶體，再通過非線性光學(xué)晶體 變頻輸出。由于bar條的生長方式?jīng)Q定了 bar條內(nèi)部的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元之間為并聯(lián)連 接，其并聯(lián)結(jié)構(gòu)造成了半導(dǎo)體激光器列陣所需要的總工作電流較大。以含有19個半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元的bar條為例，由于該19個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元為并聯(lián)結(jié)構(gòu)，例如bar條上的 一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的工作電流為1A，整個bar條的總工作電流就為19A，如此高的工 作電流會產(chǎn)生大量焦耳熱，這樣一來電源和電線尺寸需要很大，因此導(dǎo)致供電設(shè)備笨重且 昂貴。此外，半導(dǎo)體激光器泵浦的大功率全固態(tài)激光器因?yàn)椴牧?、散熱等相關(guān)因素的制約， 激光電光轉(zhuǎn)換效率不高，而且現(xiàn)有的大功率全固態(tài)激光器體積較大，實(shí)現(xiàn)微型化尚有一定 的技術(shù)困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，為了減小全固態(tài)激光器的體積和減少 電源傳輸損耗，同時還要提高采用半導(dǎo)體激光器列陣泵浦的大功率全固態(tài)激光器的電光轉(zhuǎn) 換效率和穩(wěn)定性，從而提供一種使用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器列陣作為泵浦源的全固態(tài)激 光器用的激光頭。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的 本發(fā)明提供一種全固態(tài)激光器用的激光頭，包括半導(dǎo)體激光器列陣、光學(xué)耦合器 件和由光學(xué)部件組成的諧振腔；其中所述半導(dǎo)體激光器列陣輸出光路上設(shè)置所述光學(xué)耦合 器件和所述諧振腔；其特征在于，還包括片狀激光晶體； 所述半導(dǎo)體激光器列陣由一個半導(dǎo)體激光器列陣模塊或者兩個或兩個以上串聯(lián)
3的半導(dǎo)體激光器列陣模塊構(gòu)成； 所述半導(dǎo)體激光器列陣模塊包括兩個或兩個以上串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元； 相鄰的所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的最小間距與一個所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的
發(fā)光面在所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的線陣排列方向上的寬度的比值大于5。 上述技術(shù)方案中，相鄰的所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的最小間距與一個所述半導(dǎo)體
激光器發(fā)光元在所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的線陣排列方向上的寬度的比值優(yōu)選為從6到15。 上述技術(shù)方案中，所述光學(xué)耦合器件為由兩個或兩個以上單個耦合元件組成的列 陣，其中所述耦合元件的數(shù)目與所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的數(shù)目相同，且所述耦合元件與 所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元出射的激光一一對應(yīng)。 上述技術(shù)方案中，所述耦合元件的入射面和出射面均鍍有對所述半導(dǎo)體激光器列 陣輸出波長的增透膜。 上述技術(shù)方案中，所述耦合元件為自聚焦透鏡、柱狀透鏡、非球面透鏡或耦合透鏡組。 上述技術(shù)方案中，所述片狀激光晶體包括一片或一片以上的薄片激光晶體，其中 所述薄片激光晶體的厚度為0. lmm到3mm。 上述技術(shù)方案中，還包括用于進(jìn)行激光頻率轉(zhuǎn)換的非線性光學(xué)晶體，所述非線性 光學(xué)晶體放置于所述片狀激光晶體的輸出光路上。 上述技術(shù)方案中，所述片狀激光晶體和所述非線性光學(xué)晶體可以通過粘接、光膠 或離子鍵合結(jié)合成一體，形成一塊晶體塊。 上述技術(shù)方案中，還包括輸出鏡，其中所述輸出鏡為平面鏡、球面鏡列陣或體布拉 格光柵。
采用本發(fā)明的技術(shù)方案，具有以下明顯的有益效果 1.半導(dǎo)體激光器列陣采用串聯(lián)的方式可以將傳統(tǒng)bar條的并聯(lián)形式下的低壓大
電流電源改為使用高壓小電流電源，有效地避免了高工作電流產(chǎn)生的大量焦耳熱，從而減
小了電源和電線的尺寸，使得供電設(shè)備成本降低，體積減小，提高了半導(dǎo)體激光器列陣泵浦
的全固態(tài)激光器的抗災(zāi)變能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并減少了電源傳輸損耗。 2.本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器列陣模塊由傳統(tǒng)bar條改制而得，和單管半導(dǎo)體激光器
列陣的結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器列陣模塊對位精度更高、光束空間指向一致性更
好，結(jié)構(gòu)更為緊湊，更有利于激光器列陣的小型化，成本更為低廉；和傳統(tǒng)bar條相比，本發(fā)
明半導(dǎo)體激光器列陣模塊的新結(jié)構(gòu)降低了激光的功率密度，較好地實(shí)現(xiàn)了熱力分散，減小
了激光晶體熱負(fù)載密度，有效地解決了 bar條存在的功率密度過大而引起的激光晶體熱效
應(yīng)的問題，從而顯著地提高了半導(dǎo)體激光器列陣泵浦的大功率全固態(tài)激光器的電光轉(zhuǎn)換效
率，提高了光束質(zhì)量和系統(tǒng)穩(wěn)定性。 3.本發(fā)明的半導(dǎo)體激光器列陣模塊由于是從傳統(tǒng)bar條改制而來，所以引線比單 管半導(dǎo)體激光器列陣的引線要短，而且本發(fā)明的引線為銀焊，和單管半導(dǎo)體激光器列陣引 線的錫焊相比，銀焊的接觸電阻要小于錫焊的接觸電阻，由于引線較短和接觸電阻較小，所 以本發(fā)明引線的損耗更小，連線可靠性更高。 4.本發(fā)明可以根據(jù)半導(dǎo)體激光器列陣的功率和半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度以及片狀激光晶體的材料、摻雜濃度和幾何形狀等具體情況，適當(dāng)?shù)卦O(shè)置半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元之間的距離，使激光功率密度調(diào)整到片狀激光晶體能達(dá)到較好散熱效果的范圍， 同時結(jié)合利用由于片狀激光晶體因其表面積與體積比值較大而具有較好散熱效果的特點(diǎn)， 從而較好地解決了大功率全固態(tài)激光器的晶體熱效應(yīng)問題，更好地平衡了激光輸出功率與 激光效率之間的關(guān)系，有效地提高了全固態(tài)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率。由于晶體熱效應(yīng)的較 好解決，全固態(tài)激光器可以選擇使用體積更小的激光晶體和非線性光學(xué)晶體。此外，半導(dǎo)體 激光器列陣和片狀激光晶體的結(jié)合，顯著地縮小了大功率全固態(tài)激光器的體積，從直觀上 將全固態(tài)激光器的體積縮小了十倍以上，實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)激光器的微型化，將大功率全固態(tài) 激光器拓展到以前由于體積大而無法應(yīng)用的全新領(lǐng)域，對大功率全固態(tài)激光器的技術(shù)拓展 與進(jìn)步具有巨大意義。 5.在全固態(tài)激光器需要頻率轉(zhuǎn)換的情況下，由于熱效應(yīng)的有效解決，光束質(zhì)量得 到了提高，而光束質(zhì)量的提高有利于提高非線性光學(xué)晶體的轉(zhuǎn)換效率，因此使得全固態(tài)激 光器的輸出效率得到了提高，而且由于非線性轉(zhuǎn)換效率的提高，可不必再通過增加非線性 光學(xué)晶體的長度來提高非線性轉(zhuǎn)換效率，從而達(dá)到進(jìn)一步縮小全固態(tài)激光器體積的顯著效 果。 綜上所述，本發(fā)明采用串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器列陣作為泵浦源，以半導(dǎo)體激光器發(fā) 光元的間距和半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的一定比例關(guān)系來結(jié)合片狀激光晶體 使用，不僅有效地解決了大功率全固態(tài)激光器的晶體熱效應(yīng)問題，大幅度地提高了電光轉(zhuǎn) 換效率，并提高了全固態(tài)激光器的穩(wěn)定可靠性，而且還實(shí)現(xiàn)了大功率全固態(tài)激光器的緊湊 設(shè)計，縮小了體積，實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)激光器的微型化。本發(fā)明在激光照明和激光顯示應(yīng)用領(lǐng)域 具有很高的實(shí)用價值，同時也可應(yīng)用于雷達(dá)多點(diǎn)探測、非相干照明、生物學(xué)檢測、化學(xué)研究、 表面多點(diǎn)分析等領(lǐng)域。


圖1A為一種傳統(tǒng)bar條的側(cè)視圖； 圖IB為圖1A的A-A'剖面圖； 圖2A為一種具有7個等間距半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的側(cè) 視圖； 圖2B為圖2A的A-A'剖面圖； 圖3為一種具有5個等間距半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的側(cè)視 圖； 圖4為一種具有6個間距不完全相等的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光器列陣 模塊的側(cè)視圖； 圖5為一種線陣的倍頻輸出的全固態(tài)激光頭的俯視圖； 圖6為圖5的立體圖； 圖7為一種線陣的基頻輸出的全固態(tài)激光頭的俯視圖； 圖8為另一種線陣的倍頻輸出的全固態(tài)激光頭的俯視圖； 圖9為一種面陣輸出的全固態(tài)激光頭的立體圖； 圖10為另一種面陣輸出的全固態(tài)激光頭的立體 圖11為一種平凹腔輸出的全固態(tài)激光頭的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對本發(fā)明的限定。
參考圖1A和圖lB，為一種傳統(tǒng)bar條的結(jié)構(gòu)示意圖，包括有源區(qū)102、無源區(qū)103 和襯底IOI，其中有源區(qū)102和無源區(qū)103集成或焊在襯底101上。有源區(qū)102含有19個 半導(dǎo)體激光器發(fā)光元104。有源區(qū)102和無源區(qū)103由半導(dǎo)體量子阱材料制成，有源區(qū)102 位于襯底IOI上，無源區(qū)103包圍在有源區(qū)102之外。有源區(qū)102的出光面鍍有針對輸出 波長的部分反射膜，另一面鍍有針對輸出波長的反射膜。通常半導(dǎo)體激光器發(fā)光元104的 間距(本發(fā)明所提到的間距均為半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的中心間距)為500微米，每個半導(dǎo) 體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度(半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度定義為圖1A中半 導(dǎo)體激光器發(fā)光元沿水平方向AA'上的長度)通常為100微米到300微米。傳統(tǒng)bar條的 半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值小于等于5。
實(shí)施例1 參考圖2A和圖2B，本實(shí)施例為從圖1A和圖1B所示的傳統(tǒng)bar條改制出的一種半 導(dǎo)體激光器列陣模塊的示意圖，包括7個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元104、無源區(qū)103和襯底101， 其中7個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元104和無源區(qū)103集成或焊在襯底101上。本實(shí)施例的半導(dǎo) 體激光器列陣模塊有7個等間距的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元。本實(shí)施例所采用的被改制的傳統(tǒng) bar條(圖1A和圖1B所示)有19個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，且半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為 500微米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為150微米。如圖2A所示，從左至右依次排 序，左數(shù)第一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元為第一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，最右端的半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元為第十九個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元。本實(shí)施例改制的方法為，留下第一個半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元，去掉第二個和第三個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，留下第四個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元， 去掉第五個和第六個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，以此類推，從左端起，每三個半導(dǎo)體激光器發(fā)光 元去掉相鄰的后兩個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，直到最后不足三個只剩一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光 元，則留余下第十九個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，最終傳統(tǒng)bar條被改制為具有相同間距的7個 半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光器列陣模塊，且相鄰兩個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為 1. 5毫米。上述7個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元處于同一個襯底101上且彼此絕緣，然后各自外接 引線為串聯(lián)，且引線為銀焊。 上述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為1. 5毫米，傳統(tǒng)bar條的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元 的間距為500微米，本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為傳 統(tǒng)bar條的3倍。顯而易見，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距增大，激光在激光晶體上的功率密 度必然隨之減少，激光晶體上的散熱面積增大，從而散熱面積和熱源(熱源為半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元在激光晶體上形成的光斑)的比值也增大，即散熱越好。通常將激光束腰位置置 于激光晶體入射面的附近，一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元在激光晶體上形成的光斑的直徑大約 為半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的1. 2到1. 5倍，因此半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距 與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值一定比例地反映了激光晶體上的散熱面積 和熱源的比值，所以半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的 比值同樣可以反映激光晶體的散熱情況。而當(dāng)光斑的直徑與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值過大時，例如3倍，則輸出激光的質(zhì)量太差，通常不采用。本實(shí)施例的半導(dǎo)體 激光器列陣模塊中的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度 的比值為10 (1. 5毫米/150微米)，是傳統(tǒng)bar條的比值3. 33 (500微米/150微米)的3 倍，因此激光晶體的散熱效果也顯然得到了提高。 其次，由于本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器列陣模塊是從傳統(tǒng)bar條改制而成，半導(dǎo)
體激光器列陣模塊和單管半導(dǎo)體激光器列陣的結(jié)構(gòu)相比，比單管半導(dǎo)體激光器列陣對位精
度更高，光束空間指向一致性更好，結(jié)構(gòu)更為緊湊，更有利于激光器列陣的小型化，成本更
為低廉。而且，由于從傳統(tǒng)bar條改制而成，本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的引線比單
管半導(dǎo)體激光器列陣的引線要短，而且半導(dǎo)體激光器列陣模塊的引線為銀焊，和單管半導(dǎo)
體激光器列陣引線的錫焊相比，銀焊的接觸電阻要小于錫焊的接觸電阻，由于引線較短和
接觸電阻較小，所以半導(dǎo)體激光器列陣模塊引線的損耗更小，連線可靠性更高。 此外，半導(dǎo)體激光器列陣模塊采用串聯(lián)的方式可以將傳統(tǒng)bar條的并聯(lián)形式下的
低壓大電流電源改為使用高壓小電流電源，有效地避免了高工作電流產(chǎn)生的大量焦耳熱，
從而減小了電源和電線的尺寸，使得供電設(shè)備成本降低，體積減小，提高了半導(dǎo)體激光器列
陣泵浦的全固態(tài)激光器的抗災(zāi)變能力和系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并減少了電源傳輸損耗。 實(shí)施例2 參考圖3，本實(shí)施例為一種具有5個等間距的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光 器列陣模塊。其從具有19個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的傳統(tǒng)bar條上改制的方式為，從左端 起，每四個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元去除相鄰的后三個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，以此類推，直到最 后不足四個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，則留余第十七個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，切除最后兩個半 導(dǎo)體激光器發(fā)光元。本實(shí)施例中采用的傳統(tǒng)bar條的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為500微 米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為250微米，經(jīng)上述方法改制后，得到半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元的間距為2毫米的具有5個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光器列陣模塊，上述 5個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元在同一個襯底上且彼此絕緣，然后引線接為串聯(lián)，且引線為銀焊。
本實(shí)施例采用的傳統(tǒng)bar條的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距和半導(dǎo)體激光器發(fā)光 元的發(fā)光面的寬度的比值為2(500微米/250微米)，而半導(dǎo)體激光器列陣模塊的半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元的間距和半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值則增至8(2毫米/250微 米)，是傳統(tǒng)bar條的4倍，因此激光晶體上的散熱面積和熱源的比值也得到了顯著提高，激 光晶體的散熱效果也顯然得到了極大改善。此外，本實(shí)施例同樣具有實(shí)施例1中所述的優(yōu) 點(diǎn)。 實(shí)施例3 參考圖4，本實(shí)施例為一種具有6個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的半導(dǎo)體激光器列陣模 塊。其從具有19個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的傳統(tǒng)bar條上改制的方式為，從左端起，留下第 一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，去掉第二個、第三個和第四個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，留下第五個 半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，去掉第六個和第七個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，留下第八個半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元，去掉第九個、第十個和第十一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，留下第十二個半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元，去掉第十三個和第十四個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，留下第十五個半導(dǎo)體激光器發(fā) 光元，去掉第十六個、第十七個和第十八個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，留下第十九個半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元。本實(shí)施例采用的傳統(tǒng)bar條的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為500微米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為200微米，改制后的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的第一個半導(dǎo) 體激光器發(fā)光元和第二個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為2毫米，第二個半導(dǎo)體激光器發(fā)光 元和第三個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為1. 5毫米，第三個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元和第四個 半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為2毫米，第四個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元和第五個半導(dǎo)體激光器 發(fā)光元的間距為1. 5毫米，第五個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元和第六個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間 距為2毫米，2毫米和1. 5毫米這兩種間距交替出現(xiàn)，從而得到有一定規(guī)律的間距不完全相 同的半導(dǎo)體激光器列陣模塊，上述6個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元在同一個襯底上且彼此絕緣， 然后引線接為串聯(lián)，且引線為銀焊。 本實(shí)施例的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為1. 5毫米和2 毫米，選擇最小的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距來考慮散熱效果，即選擇間距1. 5毫米進(jìn)行 比值計算，則半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的最小間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比 值為7. 5 (1. 5毫米/200微米)，與本實(shí)施例采用的傳統(tǒng)bar條的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間 距和半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值2. 5(500微米/200微米)相比，是傳統(tǒng) bar條的3倍，因此激光晶體的散熱效果顯然得到了提高。此外，本實(shí)施例除了具有實(shí)施例 1中所述的優(yōu)點(diǎn)外，從本實(shí)施例中還可以看出本發(fā)明具有很大的靈活性，可根據(jù)具體需要及 特殊要求，自由地設(shè)計半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的位置。但是規(guī)則的等間距的半導(dǎo)體激光器列 陣模塊比不規(guī)則半導(dǎo)體激光器列陣模塊更具有普遍性。 半導(dǎo)體激光器列陣模塊的制成不僅限于上述所述的幾種方式，在制作半導(dǎo)體激光 器列陣模塊時，可以根據(jù)激光器具體激光功率、功率密度的不同要求并結(jié)合考慮后續(xù)光路 上激光晶體的材料、形狀及其特性(例如摻雜濃度)對半導(dǎo)體激光器列陣的不同要求，來決 定半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的數(shù)量、位置及其間距，考慮如何從傳統(tǒng)bar條改制為所需的半導(dǎo) 體激光器列陣模塊，例如被保留和被去除的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的數(shù)量及其去除位置等， 使得激光功率密度減小到合適的范圍。改制方法可以為規(guī)則的形式，如實(shí)施例l和實(shí)施例2 所示，構(gòu)成等間距的半導(dǎo)體激光器列陣模塊，也可以為不規(guī)則的形式，構(gòu)成不同間距的半導(dǎo) 體激光器列陣模塊，例如實(shí)施例3所示，當(dāng)然，也可以根據(jù)具體需要，構(gòu)成間距完全不同的 半導(dǎo)體激光器列陣模塊。 傳統(tǒng)bar條的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬 度的比值小于等于5，此比值不足以較好地實(shí)現(xiàn)激光晶體的散熱，本發(fā)明適當(dāng)?shù)卦龃蟠吮?值，提高了激光晶體的散熱效果。但半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的 發(fā)光面的寬度的比值不宜過大，因?yàn)樵谝堰_(dá)到充分散熱的前提下，再增大此比值，也不會達(dá) 到提高散熱效果的目的，反而只會造成體積的增大和晶體材料的浪費(fèi)。
此外，半導(dǎo)體激光器列陣模塊可以從傳統(tǒng)bar條中切割生成，也可以從晶圓上通 過光刻獲得或者在沉積過程中通過掩膜技術(shù)外延生成。另外，除了使用整條傳統(tǒng)bar條進(jìn) 行改制外，還可以在去除一段bar條后用部分bar條改制。還有改制時不僅可以從bar條 兩端的任一端開始改制，還可以從bar條中間的任一半導(dǎo)體激光器發(fā)光元開始改制，當(dāng)然 根據(jù)具體應(yīng)用要求還可以有其他各種改制方式。另外，本方法也同樣適用于除傳統(tǒng)bar條 外的任意其他bar條，這樣半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距可以有更多的選擇，例如半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元的間距設(shè)置為1.2毫米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為150微米，兩 者的比值為8，既較好地實(shí)現(xiàn)了散熱效果，同時又不會造成體積較大和晶體材料的浪費(fèi)。又
8例如半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距設(shè)置為4. 5毫米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為 300微米，兩者的比值為15，激光晶體可以得到充分的散熱。還例如半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的 間距設(shè)置為0. 9毫米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為150微米，兩者的比值為6，其 散熱效果也比傳統(tǒng)技術(shù)有較好的提高。無論如何選擇半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距和半導(dǎo)體 激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度，只要使半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距和半導(dǎo)體激光器發(fā)光元 的發(fā)光面的寬度的比值大于5，都不脫離本發(fā)明的發(fā)明精神，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解 的。 實(shí)施例4 參考圖5和圖6，為本發(fā)明的一種線陣倍頻輸出的全固態(tài)激光頭，包括半導(dǎo)體激光 器列陣501、光學(xué)耦合器件502、片狀激光晶體503、非線性光學(xué)晶體504和輸出鏡505。本 實(shí)施例中半導(dǎo)體激光器列陣501采用一個如實(shí)施例1 (圖2A和圖2B)所示的半導(dǎo)體激光器 列陣模塊，其含有7個等間距的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，且7個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的電連接 為串聯(lián)，其中半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為1.5毫米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬 度為150微米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的輸出波長均為808nm。光學(xué)耦合器件502采用7個自 聚焦透鏡組成的自聚焦透鏡列陣，7個自聚焦透鏡分別放置于7個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的 輸出光路上且與7束半導(dǎo)體激光一一對應(yīng)，光學(xué)耦合器件502的輸出光路上依次設(shè)置片狀 激光晶體503、非線性光學(xué)晶體504和輸出鏡505。片狀激光晶體503采用一片薄片激光晶 體，為3 X 20 X 3mm3的Nd: YAG晶體(如圖6中的空間直角坐標(biāo)系所示，本發(fā)明的實(shí)施例中的 方向定義為，沿X軸方向?yàn)殚L度，Y軸方向?yàn)閷挾龋琙軸方向?yàn)楹穸?，Nd:YAG晶體的長度為 3mm，寬度為20mm，厚度為3mm。(本發(fā)明所定義的片狀激光晶體為一片或至少兩片的厚度在 0. lmm到3mm的薄片激光晶體，如果由于激光晶體長度上的縮小，而造成片狀在外觀形狀上 的改變，在本發(fā)明中仍屬于薄片激光晶體的定義范圍之內(nèi)，仍然不脫離本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容， 這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的。此處的Nd:YAG晶體的長度與厚度相同，此特殊情況下的 塊狀外形的激光晶體，仍屬于本發(fā)明薄片激光晶體和片狀激光晶體的定義范圍內(nèi)。)非線性 光學(xué)晶體504采用一決2X20X 10mm3的KTP倍頻晶體，其長度為10mm，寬度為20mm，厚度 為2mm。本實(shí)施例中的輸出鏡505采用4X20 X5mm3的平面鏡(長度為4mm，寬度為20mm， 厚度為5mm)，自聚焦透鏡采用①1.8X5.5mm(直徑為1. 8mm，長度為5. 5mm)。其中，光學(xué)耦 合器件502中的每個自聚焦透鏡的入射面和出射面均鍍有808nm的增透膜(透過率大于 99. 8% ) ，Nd:YAG晶體的入射面鍍有808nm的增透膜(透過率大于95% )和1064nm的反射 膜(反射率大于99. 8% )，出射面鍍有808nm的反射膜(反射率大于80% )和1064nm的增 透膜(透過率大于99. 8% ) ，KTP倍頻晶體入射面鍍有1064nm增透膜(透過率大于99. 8% ) 和532nm的反射膜(反射率大于95% )，出射面鍍有532nm增透膜(透過率大于99. 5% ) 和1064nm增透膜(透過率大于99. 8% )。平面鏡入射面鍍有1064nm反射膜(反射率大 于99. 8% )和532nm增透膜(透過率大于95% )，出射面鍍有532nm增透膜(透過率大于 99. 8% )。其中，Nd:YAG晶體的出射面也可以選擇不鍍808nm的反射膜，只鍍1064nm的增 透膜；或者Nd:YAG晶體的出射面改為鍍532nm的反射膜和1064nm的增透膜，相應(yīng)地，KTP 倍頻晶體的入射面改為鍍532nm的增透膜和1064nm的增透膜。平面鏡505的出射面也可 以選擇不鍍膜。 半導(dǎo)體激光器列陣模塊輸出7束并行的808nm半導(dǎo)體激光，分別經(jīng)過7個自聚焦透鏡后，端面泵浦于Nd:YAG晶體，產(chǎn)生波長為1064nm的基頻光，從Nd:YAG晶體出射的基頻 光經(jīng)過KTP倍頻晶體進(jìn)行倍頻轉(zhuǎn)化為532nm的激光并經(jīng)過平面鏡輸出。其中，半導(dǎo)體激光器 列陣模塊的外部包有熱沉，包有熱沉的半導(dǎo)體激光器列陣模塊的長度約為10mm，其與自聚 焦透鏡列陣間的距離設(shè)置為2mm，自聚焦透鏡列陣的輸出光路上以lmm的間隔放置Nd:YAG 晶體，其中Nd:YAG晶體的入射面和平面鏡的入射面形成激光諧振腔，此諧振腔為平平腔， 腔長為22mm。以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成了本實(shí)施例的倍頻輸出的全固態(tài)激光頭。本發(fā)明中的全固態(tài)激 光頭定義為通過泵浦源泵浦輸出全固態(tài)激光的裝置。全固態(tài)激光頭再與各種形式的熱沉、 TEC和/或散熱系統(tǒng)結(jié)合便構(gòu)成了全固態(tài)激光器。 采用上述結(jié)構(gòu)的全固態(tài)激光頭，工作電流設(shè)置為4A、電輸出功率設(shè)置為21W時，全 固態(tài)激光頭的激光總輸出功率可達(dá)到5. 5W到6W，電光轉(zhuǎn)換效率約為25%以上，與相同電功 率的傳統(tǒng)全固態(tài)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率不足10%的情況相比，電光轉(zhuǎn)換效率提高了一倍之 多。這是由于本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器列陣模塊中相鄰的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距 增至1. 5毫米，與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元間距500微米的傳統(tǒng)bar條相比，是其3倍，而每個 808nm半導(dǎo)體激光器發(fā)光元為3W功率輸出時，泵浦光在Nd:YAG晶體上產(chǎn)生的光斑的直徑 約為200微米，約為半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的150微米的1. 33倍，半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元的間距和一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值為10(1. 5毫米/150 微米)，為采用相同半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面寬度的傳統(tǒng)bar條的3倍，因此Nd:YAG晶 體上散熱面積與熱源(熱源即激光晶體上的光斑直徑)的比值也由傳統(tǒng)bar條的2.5(500 微米/200微米)提高到7.5(1.5毫米/200微米)。因此，激光輸出功率與激光效率之間的 關(guān)系得到了更好的平衡，更好地實(shí)現(xiàn)了熱力分散，減小了晶體熱負(fù)載密度，解決了傳統(tǒng)光路 中由于激光功率密度過高和熱密度過大產(chǎn)生的晶體熱效應(yīng)問題。由于激光晶體的表面積與 體積比值越大，其散熱效果越好，因此片狀激光晶體具備很好的散熱效果，上述半導(dǎo)體激光 器列陣模塊再與片狀激光晶體結(jié)合使用，更好地解決了大功率全固態(tài)激光器的晶體熱效應(yīng) 問題，有效地提高了全固態(tài)激光器的電光轉(zhuǎn)換效率，提高了光束質(zhì)量，而且熱效應(yīng)的解決同 樣使得光路中的激光晶體的體積和光路得以更大的縮小，因此顯著地縮小了大功率全固態(tài) 激光器的體積。此外，由于熱效應(yīng)的有效解決，光束質(zhì)量得到了提高，而光束質(zhì)量的提高有 利于提高非線性光學(xué)晶體的轉(zhuǎn)換效率，因此使得全固態(tài)激光器的效率得到了提高，而且由 于非線性轉(zhuǎn)換效率的提高，可不必再通過增加非線性光學(xué)晶體的長度來提高非線性轉(zhuǎn)換效 率，從而達(dá)到進(jìn)一步縮小全固態(tài)激光器體積的顯著效果。本實(shí)施例中的光路上的光學(xué)元件 經(jīng)固定后，再包以保護(hù)性的金屬外殼，最后全固態(tài)激光頭的體積大約為20X50X90mi^(長 度90mm，寬度50mm，厚度20mm)，比相同功率的傳統(tǒng)全固態(tài)激光頭縮小了十倍以上，使得全 固態(tài)激光器的微型化得以實(shí)現(xiàn)。 此外，本實(shí)施例由于采用實(shí)施例1而具有的其他優(yōu)點(diǎn)，在這里不再贅述。
實(shí)施例5 參考圖7，為本發(fā)明的一種線陣的基頻輸出的全固態(tài)激光頭，包括半導(dǎo)體激光器列 陣501、光學(xué)耦合器件502、片狀激光晶體503和輸出鏡505。本實(shí)施例中半導(dǎo)體激光器列 陣501采用一個結(jié)構(gòu)如實(shí)施例l(圖2A和圖2B)所示的半導(dǎo)體激光器列陣模塊，其含有7 個等間距的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，且7個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的電連接為串聯(lián)，7個半導(dǎo)體 激光器發(fā)光元均為1. 5mm間隔，只是本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為
10200微米，不同于實(shí)施例1。半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的輸出波長為808nm。光學(xué)耦合器件502 采用7個自聚焦透鏡組成的自聚焦透鏡列陣，7個自聚焦透鏡分別放置于7個半導(dǎo)體激光 器發(fā)光元的輸出光路上且與7束半導(dǎo)體激光一一對應(yīng)，光學(xué)耦合器件502的輸出光路上依 次設(shè)置片狀激光晶體503和輸出鏡505。其中，片狀激光晶體503采用一片薄片激光晶體 Nd:YAG晶體。輸出鏡505采用平面鏡。光學(xué)耦合器件502中的每個自聚焦透鏡的入射面和 出射面均鍍有808nm的增透膜(透過率大于99. 8% ) ，Nd:YAG晶體的入射面鍍有808nm的 增透膜(透過率大于95% )和1064nm的反射膜(反射率大于99. 8% )，出射面鍍有808nm 反射膜(反射率大于97%)和1064nm的增透膜(透過率大于99. 8% )，平面鏡的入射面鍍 1064nm部分透過膜(透過率為8% )，出射面鍍1064nm增透膜(透過率大于99. 8% )。其 中，Nd:YAG晶體的出射面也可以選擇不鍍808nm的反射膜，只鍍1064nm的增透膜。平面鏡 的出射面也可以選擇不鍍膜。 半導(dǎo)體激光器列陣模塊輸出7束并行的808nm半導(dǎo)體激光，7束半導(dǎo)體激光分別經(jīng) 過各自對應(yīng)的自聚焦透鏡后，端面泵浦于Nd:YAG晶體上，產(chǎn)生波長為1064nm的基頻光，并 通過平面鏡輸出。其中，Nd:YAG晶體的入射面和平面鏡的入射面形成了激光諧振腔，此諧 振腔為平平腔。以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一種基頻輸出的全固態(tài)激光頭。 本實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器列陣模塊中相鄰的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為1. 5 毫米，與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元間距500微米的傳統(tǒng)bar條相比，是其3倍，半導(dǎo)體激光器發(fā) 光元的發(fā)光面的寬度為200微米，相鄰半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距和一個半導(dǎo)體激光器發(fā) 光元的發(fā)光面的寬度的比值為7. 5 (1. 5毫米/200微米)，為采用相同半導(dǎo)體激光器發(fā)光元 的發(fā)光面寬度的傳統(tǒng)bar條的3倍，晶體散熱效果得到了明顯地提高。
本實(shí)施例中采用了輸出鏡505形成諧振腔輸出，當(dāng)然還可以去除輸出鏡505，改為 在片狀激光晶體503的出射面上用鍍膜實(shí)現(xiàn)諧振腔。相應(yīng)地，片狀激光晶體503的鍍膜改為 入射面鍍有808nm的增透膜(透過率大于95% )和1064nm的反射膜(反射率大于99. 8% )， 出射面鍍有808nm反射膜(反射率大于97% )和1064nm的部分透過膜(透過率為8% )， 片狀激光晶體的入射面和出射面構(gòu)成諧振腔。
實(shí)施例6 參考圖8，為本發(fā)明的一種線陣倍頻輸出的全固態(tài)激光頭，包括半導(dǎo)體激光器列陣 501、光學(xué)耦合器件502、片狀激光晶體503和非線性光學(xué)晶體504。所述的片狀激光晶體 503和非線性光學(xué)晶體504通過粘接、光膠或離子鍵合結(jié)合成一體，形成一塊晶體塊。本實(shí) 施例中半導(dǎo)體激光器列陣采用結(jié)構(gòu)如實(shí)施例2(圖3)所示的一個半導(dǎo)體激光器列陣模塊， 其含有5個等間距的發(fā)射波長為808nm的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，5個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元 的電連接為串聯(lián)，且半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間隔為2mm，只是半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的寬度與 實(shí)施例2不同，為250微米。光學(xué)耦合器件502采用5個自聚焦透鏡組成的自聚焦透鏡列 陣。組成晶體塊的片狀激光晶體503采用一片薄片激光晶體，為3X 18X lmm3的Nd:YV04晶 體(長度為3mm，寬度為18mm，厚度為lmm)，非線性光學(xué)晶體504采用一片2 X 18 X lmm3的 PPLN倍頻晶體(長度為2mm，寬度為18mm，厚度為lmm) ，Nd:YV04晶體和PPLN倍頻晶體的厚 度均為lmm，故而晶體塊的厚度也為lmm。其中，光學(xué)耦合器件502的每個自聚焦透鏡的入 射面和出射面均鍍有808nm的增透膜(透過率大于99. 8% )，晶體塊的入射面鍍有808nm 的增透膜(透過率大于95% ) 、1064nm的反射膜(反射率大于99. 8% )和532nm的反射膜
11(反射率大于95% )，出射面鍍有1064nm的反射膜(反射率大于99. 8% ) 、S08nm的反射膜 (反射率大于90%)及532nm的增透膜(透過率大于95%)。晶體決的出射面也可以選擇 不鍍808nm的反射膜。 半導(dǎo)體激光器列陣模塊輸出5束并行的808nm的泵浦光，5束泵浦光各自入射到與 其對應(yīng)的自聚焦透鏡，再耦合入射到晶體塊(片狀激光晶體503和非線性光學(xué)晶體504結(jié) 合的一體)上，泵浦光經(jīng)過晶體塊后輸出532nm的激光。其中，晶體塊的入射面和出射面構(gòu) 成諧振腔。由于此結(jié)構(gòu)將片狀激光晶體503和非線性光學(xué)晶體504集成使用，同時通過在晶 體塊的出射面上鍍膜省卻了輸出鏡，從而使得全固態(tài)激光頭的體積得以進(jìn)一步的縮小。本 實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器列陣模塊中相鄰的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為2毫米，與半導(dǎo) 體激光器發(fā)光元間距500微米的傳統(tǒng)bar條相比，是其4倍，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面 的寬度為250微米，相鄰半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距和一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面 的寬度的比值為8 (2毫米/250微米)，為采用相同半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面寬度的傳 統(tǒng)bar條的4倍，晶體散熱效果得到了明顯地提高。 當(dāng)然，本實(shí)施例中組成晶體塊的片狀激光晶體503和非線性光學(xué)晶體504也可以 分開放置，相當(dāng)于實(shí)施例4去除輸出鏡的情況，此種情況下，與實(shí)施例4的鍍膜情況相比較， 片狀激光晶體503上的鍍膜可以不改，相應(yīng)地非線性光學(xué)晶體504上的鍍膜發(fā)生改變，即非 線性光學(xué)晶體504的入射面鍍有1064nm增透膜(透過率大于99. 8% )和532nm的反射膜 (反射率大于95% )，出射面鍍有532nm的增透膜(透過率大于95% )和1064nm反射膜 (反射率大于99. 8% )，由片狀激光晶體503的入射面和非線性光學(xué)晶體504的出射面形成 諧振腔。 此外，光路還可以采用在晶體塊的輸出光路上加置輸出鏡的方案，鍍膜情況具體 為晶體塊的入射面鍍有808nm的增透膜(透過率大于95% ) 、1064nm的反射膜(反射率大 于99. 8% )和532nm的反射膜(反射率大于95% )，出射面鍍有1064nm增透膜(透過率 大于99. 8% )和532nm的增透膜(透過率大于99. 5% )，輸出鏡的入射面鍍有1064nm反 射膜(反射率大于99. 8% )和532nm的增透膜(透過率大于95% )，輸出鏡的出射面鍍有 532nm的增透膜(透過率大于99. 8% )，由晶體塊的入射面和輸出鏡的入射面形成諧振腔。
其中，輸出鏡的出射面也可以選擇不鍍膜。
實(shí)施例7 參考圖9，本實(shí)施例為一種面陣輸出的全固態(tài)激光頭。半導(dǎo)體激光器列陣501由 含有4個等間距的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的4個半導(dǎo)體激光器列陣模塊組成，其中4個半導(dǎo) 體激光器列陣模塊之間為串聯(lián)結(jié)構(gòu)，每個半導(dǎo)體激光器列陣模塊含有的4個半導(dǎo)體激光器 發(fā)光元之間也為串聯(lián)連接，其中半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距為1毫米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光 元的發(fā)光面的寬度為100微米。光學(xué)耦合器件502為4X4的自聚焦透鏡面陣，其中面陣中 的自聚焦透鏡與半導(dǎo)體激光器列陣輸出的激光一一對應(yīng)，片狀激光晶體503為四片彼此平 行設(shè)置的薄片激光晶體，非線性光學(xué)晶體504為一塊倍頻晶體，輸出鏡505為一塊平面鏡。 4個半導(dǎo)體激光器列陣模塊輸出4X4面陣的泵浦光，16束泵浦光經(jīng)過與其一一對應(yīng)的自聚 焦透鏡耦合入射到彼此平行放置且與4個半導(dǎo)體激光器列陣模塊一一對應(yīng)的四片薄片激 光晶體上，經(jīng)過倍頻晶體的倍頻后最后經(jīng)過平面鏡輸出，其光路結(jié)構(gòu)和鍍膜原則與實(shí)施例 4(圖5和圖6所示)基本類似。
實(shí)施例8 參考圖10，本實(shí)施例為將實(shí)施例7(如圖9所示)所述的含有4個等間距的半導(dǎo)體 激光器發(fā)光元的4個半導(dǎo)體激光器列陣模塊重新排列的另外一種面陣輸出的全固態(tài)激光 頭，其半導(dǎo)體激光器列陣501如圖10所示，構(gòu)成2X8面陣，與實(shí)施例7不同的還有本實(shí)施 例的片狀激光晶體503采用兩片平行設(shè)置的薄片激光晶體，當(dāng)然，光學(xué)耦合器件502的自聚 焦透鏡面陣相應(yīng)的也改為2X8面陣，其他結(jié)構(gòu)與實(shí)施例7基本相似。 本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，面陣的排列不僅限于實(shí)施例7和8所述的方式，可根據(jù) 具體情況設(shè)置任何不同的面陣排列。而且，薄片激光晶體的個數(shù)可以根據(jù)具體情況而定，非 線性光學(xué)晶體504和輸出鏡505當(dāng)然也可以根據(jù)具體情況采用多個。面陣輸出的全固態(tài)激 光頭的具體光路設(shè)置也同樣可以省卻輸出鏡或者采用晶體塊等各種線陣可以采用的光路 形式。而半導(dǎo)體激光器列陣模塊所采用的數(shù)目不僅限于上述實(shí)施例所舉的個數(shù)，三個、五 個、十個等各種大于2個半導(dǎo)體激光器列陣模塊的情況也是同樣適用于本發(fā)明的，這是可 以被本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的。而多個半導(dǎo)體激光器列陣模塊之間均為串聯(lián)連接。
實(shí)施例4至實(shí)施例8中，片狀激光晶體503除了實(shí)施例中所提到的激光晶體外，還 可以采用Nd: YLF， Nd:GdV04， Yb: YAG等其他晶體或塊狀陶瓷材料；非線性光學(xué)晶體504還可 以使用PPMgOLN、 LBO、 BBO、 BiBO、 PPKTP、 KTA、 CBO、 CLBO、 PPLN、 KN03、 LN、 KN、 Lil及半導(dǎo)體 材料等。組成光學(xué)耦合器件502的單個耦合元件，除了自聚焦透鏡，還可以為柱狀透鏡、非 球面透鏡、耦合透鏡組或其他具有會聚作用的光學(xué)元件。光學(xué)耦合器件502可以為和半導(dǎo) 體激光器列陣的輸出激光一一對應(yīng)的耦合元件列陣，也可以將耦合元件列陣集成為一個耦 合部件。而輸出鏡505除了可以采用平面鏡外，還可以采用球面鏡列陣，從而形成平凹腔， 如圖ll所示。此外還可以采用體布拉格光柵，或者使用在相應(yīng)晶體上鍍膜來代替輸出鏡形 成諧振腔。 光路中片狀激光晶體503和非線性光學(xué)晶體504的鍍膜情況在保證激光諧振腔輸 出的前提下，可以根據(jù)具體情況對鍍膜進(jìn)行適當(dāng)刪減或增添，且透過率或反射率的百分比 可以在適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。此外，諧振腔的腔長也可以根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整，其在20mm 到80mm之間都是可以實(shí)現(xiàn)的。以上是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的。 另外，本發(fā)明不僅可以用于基頻光和二倍頻光，也可以產(chǎn)生三倍頻、四倍頻激光 等，同時還可以用于差頻光路、和頻光路和參量振蕩光路，當(dāng)然其光路和鍍膜也會根據(jù)具體 情況的不同而相應(yīng)地有所改變，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的。 以上述實(shí)施例為例與傳統(tǒng)bar條對比進(jìn)行解釋說明，現(xiàn)有傳統(tǒng)bar條中半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元的間距通常為500微米，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為100微米到300 微米，即半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值小于等 于5。傳統(tǒng)條件下的半導(dǎo)體激光器列陣無法較好地解決激光晶體熱效應(yīng)問題，而本發(fā)明通過 增大半導(dǎo)體激光器發(fā)光元之間的間距，來解決激光晶體熱效應(yīng)問題。本發(fā)明的半導(dǎo)體激光 器列陣模塊可以根據(jù)激光具體功率需要并結(jié)合考慮片狀激光晶體的材料、摻雜濃度以及幾 何形狀，計算設(shè)置半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的數(shù)量、位置及其間距，使得激光功率密度減少到合 適的范圍，通常相鄰的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距與一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的 寬度的比值至少大于5。因?yàn)樯鲜霰戎颠^小無法較好實(shí)現(xiàn)散熱，比值過大則會造成相應(yīng)體積 較大和晶體材料的浪費(fèi)。以散熱效果的最差情況作為考慮，即當(dāng)半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距不相等時，以半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的最小間距作為比值計算的數(shù)值。由于半導(dǎo)體激光器 的功率選擇有所不同，其散熱情況也所有不同，但通常情況下，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的間距 與一個半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值為15時，已經(jīng)可以充分地進(jìn)行散熱。所 以綜合考慮全固態(tài)激光頭的散熱效果和體積，半導(dǎo)體激光器發(fā)光元之間的最小間距與一個 半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度的比值優(yōu)選為從6到15。 本發(fā)明實(shí)施例中所舉出的片狀激光晶體的厚度為3毫米和1毫米，這僅是作為實(shí) 例說明，考慮到激光晶體表面積與體積比值越大散熱效果越好的情況，薄片激光晶體越薄 越利于散熱，但是薄片激光晶體的厚度也需根據(jù)激光功率、光斑大小和激光晶體材料等具 體情況進(jìn)行適當(dāng)選擇，通常組成片狀激光晶體的每片薄片激光晶體的厚度從O. lmm到3mm 均可以較好實(shí)現(xiàn)散熱。 本發(fā)明的具體實(shí)施例中采用平平腔作為實(shí)例，并且介紹了平凹腔的情況，但是本
領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以理解其他形式的穩(wěn)定腔或非穩(wěn)腔的情況也同樣適用于本發(fā)明。 此外，本發(fā)明的全固態(tài)激光頭的后續(xù)光路中，還可以根據(jù)最終激光密度輸出的具
體需要再將多束平行輸出的激光通過光纖、耦合透鏡或耦合透鏡組進(jìn)行耦合輸出。 本發(fā)明的具體實(shí)施例中采用了端面泵浦，但是本發(fā)明同樣也適用于側(cè)面泵浦的形式。 此外，當(dāng)采用多個半導(dǎo)體激光器列陣模塊作為泵浦源時，可以如實(shí)施例中所示的 采用相同的半導(dǎo)體激光器列陣模塊，也可以采用不同結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體激光器列陣模塊。
還有，本發(fā)明所舉實(shí)施例中的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度為100微米到 300微米，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，當(dāng)半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面的寬度隨著技術(shù)發(fā)展 范圍擴(kuò)大時，仍適用于本發(fā)明，并屬于本發(fā)明的技術(shù)方案。 最后應(yīng)說明的是，以上各附圖中的實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的全固態(tài)激光頭的結(jié) 構(gòu)和技術(shù)方案，但非限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精 神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種全固態(tài)激光器用的激光頭，包括半導(dǎo)體激光器列陣、光學(xué)耦合器件和由光學(xué)部件組成的諧振腔；其中所述半導(dǎo)體激光器列陣輸出光路上設(shè)置所述光學(xué)耦合器件和所述諧振腔；其特征在于，還包括片狀激光晶體；所述半導(dǎo)體激光器列陣由一個半導(dǎo)體激光器列陣模塊或者兩個或兩個以上串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器列陣模塊構(gòu)成；所述半導(dǎo)體激光器列陣模塊包括兩個或兩個以上串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元；相鄰的所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的最小間距與一個所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面在所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的線陣排列方向上的寬度的比值大于5。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，相鄰的所述半導(dǎo)體 激光器發(fā)光元的最小間距與一個所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面在所述半導(dǎo)體激光器 發(fā)光元的線陣排列方向上的寬度的比值為從6到15。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，所述光學(xué)耦合器件 為由兩個或兩個以上單個耦合元件組成的列陣，其中所述耦合元件的數(shù)目與所述半導(dǎo)體激 光器發(fā)光元的數(shù)目相同，且所述耦合元件與所述半導(dǎo)體激光器發(fā)光元出射的激光一一對 應(yīng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，所述耦合元件的入 射面和出射面均鍍有對所述半導(dǎo)體激光器列陣輸出波長的增透膜。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，所述耦合元件為自 聚焦透鏡、柱狀透鏡、非球面透鏡或耦合透鏡組。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，所述片狀激光晶體 包括一片或一片以上的薄片激光晶體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，所述薄片激光晶體 的厚度為從0. lmm到3mm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，還包括用于進(jìn)行激 光頻率轉(zhuǎn)換的非線性光學(xué)晶體，所述非線性光學(xué)晶體放置于所述片狀激光晶體的輸出光路 上。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，所述片狀激光晶體 和所述非線性光學(xué)晶體可以通過粘接、光膠或離子鍵合結(jié)合成一體，形成一塊晶體塊。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1或8或9所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，還包括輸 出鏡。
11. 根據(jù)權(quán)利要求io所述的全固態(tài)激光器用的激光頭，其特征在于，輸出鏡為平面鏡、球面鏡列陣或體布拉格光柵。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種全固態(tài)激光器用的激光頭，包括半導(dǎo)體激光器列陣、光學(xué)耦合器件和由光學(xué)部件組成的諧振腔，其中半導(dǎo)體激光器列陣輸出光路上順序設(shè)置光學(xué)耦合器件和片狀激光晶體，半導(dǎo)體激光器列陣由一個半導(dǎo)體激光器列陣模塊或兩個或兩個以上串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器列陣模塊構(gòu)成，且半導(dǎo)體激光器列陣模塊包括兩個或兩個以上串聯(lián)的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元，半導(dǎo)體激光器列陣模塊中相鄰的半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的最小間距與半導(dǎo)體激光器發(fā)光元的發(fā)光面在線陣排列方向上的寬度的比值大于5。本發(fā)明解決了大功率全固態(tài)激光器的晶體熱效應(yīng)問題，提高了電光轉(zhuǎn)換效率，縮小了全固態(tài)激光器體積，實(shí)現(xiàn)了固體激光器的微型化，在激光照明和顯示領(lǐng)域具有很高實(shí)用價值。
文檔編號H01S3/0941GK101728756SQ20081022375
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月10日
發(fā)明者馮美巖, 宮武鵬, 畢勇, 王斌, 賈中達(dá), 趙江山, 顏博霞 申請人:北京中視中科光電技術(shù)有限公司;中國科學(xué)院光電研究院