專利名稱：實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法。
背景技術(shù)：
近幾年來，具有窄線寬，可調(diào)諧特性的增益光柵分布反饋激光器由于其寬廣的潛在應(yīng)用范圍而越來越受到關(guān)注。分布反饋激光器與傳統(tǒng)激光器比較有其顯著的特點(diǎn)。傳統(tǒng)激光器需要設(shè)計(jì)激光腔來形成激光振蕩，而分布反饋激光器不需要激光腔，它是由激光增益介質(zhì)中形成的增益光柵或折射率光柵充當(dāng)類似激光腔鏡的反饋?zhàn)饔?，而直接在增益區(qū)的兩端輸出激光，輸出激光波長(zhǎng)滿足布拉格條件(Bragg scattering condition)λ0＝2nΛ/M，λ0為輸出光波在真空中的波長(zhǎng)，n為激光介質(zhì)折射率，Λ為增益光柵或折射率光柵的條紋間距，M是布拉格級(jí)次。通過改變?chǔ)色@得可調(diào)諧激光輸出，而Q脈沖泵浦的增益光柵分布反饋激光器還可獲得ps可調(diào)諧脈沖輸出。與傳統(tǒng)的鎖模激光器和窄線寬激光器相比，可調(diào)諧分布反饋激光器不需要任何復(fù)雜的色散補(bǔ)償光學(xué)系統(tǒng)和色散元件，因而結(jié)構(gòu)緊湊，使用簡(jiǎn)單。然而，增益光柵分布反饋激光器也存在很大缺陷，對(duì)于很多激光介質(zhì)，由于泵浦波長(zhǎng)所決定的增益光柵間距和可調(diào)諧輸出波長(zhǎng)無法用布拉格一級(jí)條件匹配而只能用二級(jí)或更高級(jí)的布拉格條件，而高級(jí)布拉格條件對(duì)應(yīng)較弱的布拉格耦合，使激光器轉(zhuǎn)換效率大大降低。(Xiaolei Zhu andDennis LoChin.Opt.Lett.1(2003)99)這就使得增益光柵分布反饋激光器難以得到應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法，使得絕大多數(shù)情況下對(duì)于上述一般情況下必須采用布拉格二級(jí)或高級(jí)衍射條件的激光介質(zhì)仍滿足布拉格一級(jí)衍射條件，獲得高效率的激光輸出。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下將泵浦光通過棱鏡兩斜面耦合到激光介質(zhì)，棱鏡底面和激光介質(zhì)的接觸關(guān)系是棱鏡和激光介質(zhì)的致密結(jié)合；或棱鏡底面和激光介質(zhì)間通過折射率匹配物質(zhì)結(jié)合；兩束泵浦光從棱鏡兩斜面入射，并透過棱鏡在激光介質(zhì)中干涉，在泵浦區(qū)形成長(zhǎng)條形增益光柵，分布反饋激光從長(zhǎng)條形泵浦區(qū)兩端輸出窄線寬激光，改變兩束泵浦光在棱鏡中的夾角2θ，可改變輸出激光波長(zhǎng)即實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧。
所說的棱鏡為等腰棱鏡，其參數(shù)設(shè)計(jì)方法假定泵浦光波長(zhǎng)為λp及激光介質(zhì)輸出波長(zhǎng)為λ0，激光介質(zhì)折射率為n0，兩干涉光束在棱鏡中夾角為2θ，選擇折射率n1為1.45～1.8的對(duì)泵浦光透明無吸收材料，計(jì)算能否找到合適的θ滿足公式(n1λ0sin(θ))/n0＝λp，若有，則可選取折射率為n1的材料制備棱鏡，所謂合適的θ為25°-65°，能采用布拉格二級(jí)衍射條件的激光介質(zhì)總能找到合適θ滿足此公式，棱鏡底邊長(zhǎng)度需大于泵浦區(qū)長(zhǎng)度，并對(duì)其兩斜面進(jìn)行鍍膜處理，使其對(duì)波長(zhǎng)λp高透。
所說的激光介質(zhì)為所有可光泵激光介質(zhì)。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益的效果是對(duì)于由于波長(zhǎng)匹配問題而不能正常實(shí)現(xiàn)分布反饋一級(jí)輸出的激光介質(zhì)，本發(fā)明使其分布反饋一級(jí)輸出仍可實(shí)現(xiàn)，并能降低泵浦閾值，顯著提高轉(zhuǎn)換效率。例如對(duì)于532nm泵浦的R6G一二級(jí)輸出的理論計(jì)算可知，閾值可降低到1/2左右，若泵浦光功率在其二級(jí)閾值附近，一級(jí)輸出脈沖峰值功率比二級(jí)輸出大一個(gè)數(shù)量級(jí)，輸出ps脈沖寬度約為二級(jí)輸出的1/2，若泵浦光功率為兩倍的二級(jí)閾值，一級(jí)輸出脈沖峰值功率為二級(jí)輸出的5倍左右，輸出ps脈沖寬度相近


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1棱鏡和激光介質(zhì)結(jié)合的一種情況；圖2棱鏡和激光介質(zhì)結(jié)合的另一種情況；圖3泵浦光及分布反饋激光示意圖。
具體實(shí)施例方式
將泵浦光通過棱鏡1兩斜面耦合到激光介質(zhì)2，棱鏡1底面和激光介質(zhì)2的接觸關(guān)系是棱鏡1和激光介質(zhì)2的致密結(jié)合；或棱鏡1底面和激光介質(zhì)2間通過折射率匹配物質(zhì)3結(jié)合；兩束泵浦光從棱鏡兩斜面入射，并透過棱鏡在激光介質(zhì)2中干涉，在泵浦區(qū)4形成長(zhǎng)條形增益光柵，分布反饋激光從長(zhǎng)條形泵浦區(qū)4兩端輸出窄線寬激光，改變兩束泵浦光在棱鏡中的夾角2θ，可改變輸出激光波長(zhǎng)即實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧。
所說的棱鏡1為等腰棱鏡，其參數(shù)設(shè)計(jì)方法假定泵浦光波長(zhǎng)為λp及激光介質(zhì)輸出波長(zhǎng)為λ0，激光介質(zhì)折射率為n0，兩干涉光束在棱鏡中夾角為2θ，選擇折射率n1為1.45～1.8的對(duì)泵浦光透明無吸收材料，計(jì)算能否找到合適的θ滿足公式(n1λ0sin(θ))/n0＝λp，若有，則可選取折射率為n1的材料制備棱鏡，所謂合適的θ為25°-65°，能采用布拉格二級(jí)衍射條件的激光介質(zhì)總能找到合適θ滿足此公式，棱鏡底邊長(zhǎng)度需大于泵浦區(qū)4長(zhǎng)度，并對(duì)其兩斜面進(jìn)行鍍膜處理，使其對(duì)波長(zhǎng)λp高透。
所說的激光介質(zhì)2為所有可光泵激光介質(zhì)。
增益光柵分布反饋激光器布拉格一級(jí)輸出泵浦方法是將泵浦光用一等腰棱鏡1過度，把泵浦方法由原來的泵浦光直接從空氣介質(zhì)照射到激光介質(zhì)改為通過棱鏡耦合到激光介質(zhì)2，從而在不影響激光介質(zhì)對(duì)泵浦光吸收的條件下變相的改變了入射到激光介質(zhì)的泵浦光波長(zhǎng)，使得布拉格一級(jí)輸出條件得到滿足。其中關(guān)鍵是棱鏡和激光介質(zhì)的接觸關(guān)系，主要有兩種方式，一種是棱鏡1和激光介質(zhì)2的致密結(jié)合即棱鏡底面和激光介質(zhì)平面間沒有第三層介質(zhì)(如圖1所示)。激光介質(zhì)可以是固體或液體。另一種情況是棱鏡1和激光介質(zhì)2間通過某種折射率的物質(zhì)3結(jié)合(如圖2所示)，這種物質(zhì)可以是液體或膠體，其關(guān)鍵是它能夠和棱鏡底邊和激光介質(zhì)平面很好的結(jié)合。這種情況主要用來解決棱鏡和激光介質(zhì)難以致密結(jié)合的問題。如圖3a、b所示為泵浦光和分部反饋激光的情況，兩束泵浦光(由同一束激光分光而來)從棱鏡兩斜面入射，并透過棱鏡在激光介質(zhì)中干涉，在泵浦區(qū)形成長(zhǎng)條形增益光柵，分布反饋激光從長(zhǎng)條形泵浦區(qū)兩端輸出窄線寬激光，若改變兩束泵浦光的夾角，可改變輸出激光波長(zhǎng)即實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧。
實(shí)施例1激光介質(zhì)為鈦寶石(折射率為1.76，激光中心波長(zhǎng)大約在790nm)，用波長(zhǎng)為532nm的調(diào)Q脈沖泵浦，選用折射率為1.795，SF11為材料的棱鏡。鈦寶石和SF11棱鏡間采用匹配液(圖2)的方法結(jié)合，匹配液選為折射率為1.58的甲苯和α-溴代萘混合液。根據(jù)棱鏡參數(shù)設(shè)計(jì)方法計(jì)算可知θ為41度。則可選用θ為45度，底邊長(zhǎng)度略長(zhǎng)于鈦寶石晶體的等腰直角棱鏡，并將其兩直角面度膜，使得對(duì)泵浦光增透。根據(jù)532nm泵浦的鈦寶石一二級(jí)輸出的理論計(jì)算，一級(jí)輸出閾值可降低到二級(jí)輸出的2/3左右，若泵浦光功率在其二級(jí)閾值附近，一級(jí)輸出脈沖峰值功率比二級(jí)輸出大一個(gè)數(shù)量級(jí)(60Mw左右)，輸出ps脈沖寬度約為二級(jí)輸出的1/2(50ps左右)，若泵浦光功率為兩倍的二級(jí)閾值，一級(jí)輸出脈沖峰值功率為二級(jí)輸出的5倍左右(120Mw)，輸出ps脈沖寬度相近(40ps左右)。
實(shí)施例2激光介質(zhì)為液態(tài)染料R6G(折射率為1.44，激光中心波長(zhǎng)大約在590nm)，用波長(zhǎng)為532nm的調(diào)Q脈沖泵浦，選用折射率為1.52的K8光學(xué)玻璃為材料的棱鏡。液態(tài)R6G和棱鏡間采用圖1所示的方法結(jié)合。根據(jù)棱鏡參數(shù)設(shè)計(jì)方法計(jì)算可知θ為58.7度。則可選用θ為60度，底邊長(zhǎng)度為1-2cm的等邊三棱鏡，并將其兩斜面度膜，使得對(duì)泵浦光增透。根據(jù)532nm泵浦的R6G一二級(jí)輸出的理論計(jì)算，閾值可降低到1/2左右，若泵浦光功率在其二級(jí)閾值附近，一級(jí)輸出脈沖峰值功率比二級(jí)輸出大一個(gè)數(shù)量級(jí)，輸出ps脈沖寬度約為二級(jí)輸出的1/2，若泵浦光功率為兩倍的二級(jí)閾值，一級(jí)輸出脈沖峰值功率為二級(jí)輸出的5倍左右，輸出ps脈沖寬度相近。
實(shí)施例3激光介質(zhì)為固態(tài)染料Rhodamine B(折射率為1.49，激光中心波長(zhǎng)大約在600nm)，用波長(zhǎng)為532nm的調(diào)Q脈沖泵浦，選用折射率為1.52的K8光學(xué)玻璃為材料的棱鏡。采用現(xiàn)有的固態(tài)染料制備方法，將固態(tài)染料Rhodamine B和棱鏡間采用圖1所示的方法結(jié)合，并將固態(tài)染料有光輸出的面拋光。根據(jù)棱鏡參數(shù)設(shè)計(jì)方法計(jì)算可知θ為60.4度。則可選用θ為60度，底邊長(zhǎng)度為1cm左右的等邊棱鏡，并將其兩邊角面度膜，使得對(duì)泵浦光增透。根據(jù)532nm泵浦的Rhodamine B一二級(jí)輸出的理論計(jì)算，可得到實(shí)施例1，2類似的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法，其特征在于將泵浦光通過棱鏡(1)兩斜面耦合到激光介質(zhì)(2)，棱鏡(1)底面和激光介質(zhì)(2)的接觸關(guān)系是棱鏡(1)和激光介質(zhì)(2)的致密結(jié)合；或棱鏡(1)底面和激光介質(zhì)(2)間通過折射率匹配物質(zhì)(3)結(jié)合；兩束泵浦光從棱鏡兩斜面入射，并透過棱鏡在激光介質(zhì)(2)中干涉，在泵浦區(qū)(4)形成長(zhǎng)條形增益光柵，分布反饋激光從長(zhǎng)條形泵浦區(qū)(4)兩端輸出窄線寬激光，改變兩束泵浦光在棱鏡中的夾角2θ，可改變輸出激光波長(zhǎng)即實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法，其特征在于所說的棱鏡(1)為等腰棱鏡，其參數(shù)設(shè)計(jì)方法假定泵浦光波長(zhǎng)為λp及激光介質(zhì)輸出波長(zhǎng)為λ0，激光介質(zhì)折射率為n0，兩干涉光束在棱鏡中夾角為2θ，選擇折射率n1為1.45～1.8的對(duì)泵浦光透明無吸收材料，計(jì)算能否找到合適的θ滿足公式(n1λ0sin(θ))/n0＝λp，若有，則可選取折射率為n1的材料制備棱鏡，所謂合適的θ為25°-65°，能采用布拉格二級(jí)衍射條件的激光介質(zhì)總能找到合適θ滿足此公式，棱鏡底邊長(zhǎng)度需大于泵浦區(qū)(4)長(zhǎng)度，并對(duì)其兩斜面進(jìn)行鍍膜處理，使其對(duì)波長(zhǎng)λp高透。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法，其特征在于所說的激光介質(zhì)(2)為所有可光泵激光介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)增益光柵分布反饋布拉格一級(jí)激光輸出的泵浦方法。將泵浦光通過棱鏡兩斜面耦合到激光介質(zhì)，棱鏡底面和激光介質(zhì)的接觸關(guān)系是棱鏡和激光介質(zhì)的致密結(jié)合；或棱鏡底面和激光介質(zhì)間通過折射率匹配物質(zhì)結(jié)合；兩束泵浦光從棱鏡兩斜面入射，并透過棱鏡在激光介質(zhì)中干涉，在泵浦區(qū)形成長(zhǎng)條形增益光柵，分布反饋激光從長(zhǎng)條形泵浦區(qū)兩端輸出窄線寬激光，改變兩束泵浦光在棱鏡中的夾角2θ，可改變輸出激光波長(zhǎng)即實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧。對(duì)于由于波長(zhǎng)匹配問題而不能正常實(shí)現(xiàn)分布反饋一級(jí)輸出的激光介質(zhì)，本發(fā)明使其分布反饋一級(jí)輸出仍可實(shí)現(xiàn)，并能降低泵浦閾值，顯著提高轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)H01S3/091GK1564400SQ200410017630
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者洪治, 姚小科 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)