專利名稱：Ld端面泵浦駐波腔單頻固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及單頻固體激光器中采用雙折射濾光 片選模技術(shù)的激光二極管LD端面泵浦單頻固體激光器，具體涉及幾種LD 端面泵浦駐波腔單頻固體激光器。
技術(shù)背景單頻固體激光器以其體積小、功率大、譜線窄等優(yōu)點(diǎn)而倍受青睞，在干 涉測量、光通信、光存儲、光譜學(xué)等領(lǐng)域占有極其重要的地位，具有廣闊的 應(yīng)用前景。針對不同的激光工作物質(zhì)和諧振腔結(jié)構(gòu)，需要采取一定的縱模選 擇方法和技術(shù)，使全固態(tài)激光器以單縱模工作。通常采用的激光單縱模選擇方法有縮短激光腔長法，扭轉(zhuǎn)模腔選模法，環(huán)型腔選模法，耦合腔選模法， F-P標(biāo)準(zhǔn)具選模法，雙折射濾光片選模法，等等，這些方法各有其局限性 在腔內(nèi)插入標(biāo)準(zhǔn)具或四分之一波片會引起較大的損耗，難以獲得較大的單頻 輸出功率；基于短腔選模法的微片激光器因其工作物質(zhì)很短，無法獲得較高 的泵浦吸收效率；環(huán)型腔是目前大功率單頻激光器采取的主要結(jié)構(gòu)形式，但 存在效率低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)；耦合腔選模雖然結(jié)構(gòu)簡單，但難以 實(shí)現(xiàn)單縱模的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。近年來，采用腔內(nèi)雙折射濾光片選模法實(shí)現(xiàn)全固態(tài) 激光器單頻運(yùn)轉(zhuǎn)已成為固體激光技術(shù)領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)，并取得了顯著成 績，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所沈小華等人對腔內(nèi)雙折射濾光片選 模方法和技術(shù)進(jìn)行了深入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明對于中小功率 全固態(tài)激光器，當(dāng)腔長在40~100mm范圍以內(nèi)都可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單縱模振蕩輸出沈小華等，用雙折射晶體相位延遲法選縱模的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，光學(xué)學(xué)報，1996， 16(1): 7~15。中國計(jì)量科學(xué)研究院曹紅軍等人將Nd:YAG 晶體切割成布儒斯特角(省去了布儒斯特片BP)，與光學(xué)倍頻晶體KTP — 起構(gòu)成腔內(nèi)雙折射濾光片，當(dāng)LD泵浦功率為500mW時，得到了 4mW單頻 532nm綠光輸出和50mW單頻1064nm基頻光輸出曹紅軍，張學(xué)斌，孫一 民等，LD泵浦的Nd:YAG單頻倍頻激光器，中國激光，1997， 24 (10): 881~885。Graham JFriel等人采用BP和KTP構(gòu)成腔內(nèi)雙折射濾光片(即 BP-KTP)進(jìn)行單縱模選擇，當(dāng)Nd:YV04晶體端面泵浦功率為1.15W時，獲 得了 250mW單頻532nm綠光輸出Gmham J Friel， Alan J Kemp and Tanya K Lake et al" Compact and efficient Nd:YVO4 laser that generates a tunable single-frequency green output. Applied Optics, 2000， 39(24):4333 4337。顯而 易見，在固體激光器諧振腔內(nèi)插入由單BP片和雙折射晶體組成的傳統(tǒng)雙折 射濾光片結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)激光單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。但是，由于傳統(tǒng)雙折射濾光片的 選模能力有限，單頻激光輸出功率難以提高；為了克服這一缺點(diǎn)，可在激光 腔內(nèi)放置多個BP片，與雙折射晶體組成選模能力更強(qiáng)的雙折射濾光片結(jié)構(gòu)。 鄭權(quán)等人采用在LD泵浦KTP倍頻Nd:YV04激光器的諧振腔內(nèi)插入雙布氏 片，與KTP構(gòu)成雙折射濾光片實(shí)現(xiàn)單縱模選擇，在LD泵浦功率為1.3W時， 獲得了 124mW的單頻532nm綠光輸出鄭權(quán)，趙嶺，檀慧明等，用布氏 片實(shí)現(xiàn)有效連續(xù)和脈沖單頻綠光輸出，中國激光，2002， 29 (9): 669 772； 在腔內(nèi)插入三片布氏片并適當(dāng)增加LD泵浦功率，成功獲得了 218 mW單頻 532nm綠光輸出Quan Zheng, Ling Zhao, Longsheng Qian， Single-frequency operation of a diode-pumped green laser using multi-Brewster plates. Chinese Optics Letters, 2003， 1 (8): 480~481。盡管增加腔內(nèi)BP片數(shù)量可以增強(qiáng)雙折射濾光片的選模能力，但BP片 數(shù)量不宜很多，否則將會增大腔內(nèi)插入損耗，并使激光器結(jié)構(gòu)變得很復(fù)雜， 也不利于提高單頻激光器輸出功率。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供幾種LD端面泵浦駐波腔單頻固體激光器，解決現(xiàn) 有技術(shù)單縱模選擇能力不高、單頻激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。本發(fā)明所采用的第一種技術(shù)方案是， 一種LD端面泵浦直線駐波腔單頻 固體激光器，與LD相連接的LD控制器為LD提供注入電流并控制其工作 溫度，從LD的尾纖輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)聚焦到激光工作物質(zhì)中， 激光工作物質(zhì)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)的光軸上并在激 光工作物質(zhì)之后設(shè)置有輸出耦合鏡，輸出耦合鏡與壓電陶瓷管相粘連，輸出 耦合鏡的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介質(zhì)膜，輸出耦合鏡的球面與激 光工作物質(zhì)的受光端面構(gòu)成直線駐波諧振腔，所述的直線駐波諧振腔內(nèi)，設(shè) 置有由微小型PBS和A/2波片組成的雙折射濾光片。本發(fā)明所采用的第二種技術(shù)方案是， 一種LD端面泵浦直角駐波腔單頻 固體激光器，與LD相連接的LD控制器為LD提供注入電流并控制其工作 溫度，從LD的尾纖輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)聚焦到激光工作物質(zhì)中， 激光工作物質(zhì)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)的光軸上且在激 光工作物質(zhì)之后設(shè)置有PBS，在垂直于匯聚光學(xué)系統(tǒng)光軸方向并與PBS相 對應(yīng)的位置設(shè)置有輸出耦合鏡和壓電陶瓷管，壓電陶瓷管與輸出耦合鏡粘接 在一起，輸出耦合鏡的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介質(zhì)膜，輸出耦合 鏡與激光工作物質(zhì)的泵浦端面構(gòu)成直角駐波諧振腔，所述直角駐波諧振腔內(nèi) 設(shè)置有PBS和半波片組成的雙折射濾光片。本發(fā)明所采用的第三種技術(shù)方案是， 一種LD端面泵浦直線駐波腔內(nèi)腔 倍頻單頻固體激光器，與LD相連接的LD控制器為LD提供注入電流并控 制其工作溫度，從LD的尾纖輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)聚焦到激光工作 物質(zhì)中，激光工作物質(zhì)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)的光軸 上并在激光工作物質(zhì)之后設(shè)置有輸出鏡，輸出鏡與壓電陶瓷管相粘連，輸出 鏡的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介質(zhì)膜，輸出鏡的球面與激光工作物 質(zhì)的泵浦端面構(gòu)成直線駐波諧振腔，所述的直線駐波諧振腔內(nèi)設(shè)置有PBS 和倍頻晶體組成的雙折射濾光片。本發(fā)明所采用的第四種技術(shù)方案是， 一種LD端面泵浦直角駐波腔內(nèi)腔 倍頻單頻固體激光器，與LD相連接的LD控制器為LD提供注入電流并控 制其工作溫度，從LD的尾纖輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)聚焦到激光工作 物質(zhì)中，激光工作物質(zhì)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)的光軸 上且在激光工作物質(zhì)之后設(shè)置有PBS，在垂直于匯聚光學(xué)系統(tǒng)光軸方向并與 PBS相對應(yīng)的位置設(shè)置有輸出鏡和壓電陶瓷管，壓電陶瓷管與輸出鏡粘接在 一起，輸出鏡的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介質(zhì)膜，輸出鏡與激光工 作物質(zhì)的泵浦端面構(gòu)成直角駐波諧振腔，所述直角駐波諧振腔內(nèi)設(shè)置有PBS 和倍頻晶體組成的雙折射濾光片，并且倍頻晶體設(shè)置在PBS與輸出鏡之間。本發(fā)明的有益效果是，單縱模選擇能力明顯提高、結(jié)構(gòu)更加簡單和小型 化，能獲得從近紅外到可見光波段的單頻激光輸出。


圖1是本發(fā)明激光器實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明激光器實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明激光器實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明激光器實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是對本發(fā)明激光器實(shí)施例1的激光振蕩測試模譜圖； 圖6是對本發(fā)明激光器實(shí)施例2的激光振蕩測試模譜圖。 圖中，l.LD控制器；2.LD; 3.LD尾纖；4.匯聚光學(xué)系統(tǒng)；5.激光工 作物質(zhì)；6.PBS; 7.半波片；8.輸出耦合鏡；9.壓電陶瓷管；10.倍頻晶體; 11.輸出鏡。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明在研究傳統(tǒng)雙折射濾光片選模原理的基礎(chǔ)上，采用PBS代替?zhèn)?統(tǒng)BP片，并與石英等晶體制作的半波片或非線性光學(xué)倍頻晶體組成新的雙 折射濾光片實(shí)現(xiàn)單縱模選擇，使LD泵浦固體激光器以單縱模振蕩，從而輸 出單頻基頻光或單頻倍頻光。圖1是本發(fā)明激光器第一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。這是一種LD端面泵 浦直線駐波腔單頻固體激光器，LD控制器1用于控制LD 2的注入電流和工 作溫度，從LD 2尾纖3輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到激光工作物 質(zhì)5中，激光工作物質(zhì)5的受光端面鍍有雙色介質(zhì)膜(對LD 2泵浦光增透， 同時對振蕩激光高反射)，用作激光器諧振腔的后反射鏡；在匯聚光學(xué)系統(tǒng)4 的光軸上并在激光工作物質(zhì)5之后依次設(shè)置有PBS 6、半波片7、輸出耦合 鏡8和壓電陶瓷管9。輸出耦合鏡8的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介 質(zhì)膜(透射率約百分之幾)，與激光工作物質(zhì)5的泵浦端面(即左端面)構(gòu) 成直線駐波諧振腔，腔內(nèi)包含有雙折射濾光片PBS-A72，以實(shí)現(xiàn)激光單縱模 振蕩，單頻激光從輸出耦合鏡8射出。壓電陶瓷管9與輸出耦合鏡8粘接在 一起，改變加在壓電陶瓷管9內(nèi)外壁電極之間的電壓可以微調(diào)激光腔長。本實(shí)施例由偏振分光棱鏡(PBS)和半波片(A/2)組成雙折射濾光片 (PBS-A/2)作為激光縱模選擇元件，將其置于LD端面泵浦直線駐波固體激 光器的諧振腔內(nèi)，使激光p分量以單縱模振蕩輸出。圖2是本發(fā)明激光器的第二種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。這是一種LD端面 泵浦直角駐波腔單頻固體激光器，包括LD 2和與LD 2相連接的LD控制器 1 ， LD控制器1用于控制LD 2的注入電流和工作溫度，從LD 2尾纖3輸出 的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到激光工作物質(zhì)5中，激光工作物質(zhì)5的泵 浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜(對LD2泵浦光增透，同時對振蕩激光高反射)，用 作激光器諧振腔的后反射鏡；在匯聚光學(xué)系統(tǒng)4的光軸上激光工作物質(zhì)5之 后設(shè)置PBS 6，在與匯聚光學(xué)系統(tǒng)4光軸垂直方向并與PBS 6相對應(yīng)處設(shè)置 半波片7、輸出耦合鏡8和壓電陶瓷管9。輸出耦合鏡8的球面鍍有對振蕩 激光波長高反射的介質(zhì)膜(透射率約百分之幾)，與激光工作物質(zhì)5的泵浦 端面構(gòu)成直角駐波諧振腔，腔內(nèi)包含有雙折射濾光片PBS-A72，使激光器以 單縱模振蕩，單頻激光從輸出耦合鏡射出。壓電陶瓷管9與輸出耦合鏡8粘 接在一起，改變加在壓電陶瓷管9內(nèi)外壁電極之間的電壓可以微調(diào)激光腔長。本實(shí)施例將雙折射濾光片PBS-X/2置于LD端面泵浦直角駐波固體激光 器的諧振腔內(nèi)，使激光s分量以單縱模振蕩輸出。本發(fā)明激光器的第1或2種實(shí)施例還可將半波片7設(shè)置于激光工作物質(zhì) 5與PBS6之間，整體結(jié)構(gòu)更加具有靈活性，以適應(yīng)不同的需求。圖3是本發(fā)明激光器的第三種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。這是一種LD端面 泵浦直線駐波腔內(nèi)腔倍頻單頻固體激光器，其結(jié)構(gòu)與圖1所示單頻固體激光 器結(jié)構(gòu)相比，惟有兩處不同第一，采用采用非線性光學(xué)倍頻晶體10代替 了圖1中的半波片7，用倍頻晶體10與PBS 6組成雙折射濾光片，使基頻光以單縱模振蕩；第二，用輸出鏡11代替了圖1中的輸出耦合鏡8，輸出鏡 11的球面蒸鍍雙色介質(zhì)膜，即對基頻振蕩光波高反，同時對倍頻光波增透。本實(shí)施例由PBS和非線性光學(xué)倍頻晶體組成雙折射濾光片作為激光縱 模選擇元件，將其置于LD端面泵浦直線駐波固體激光器的諧振腔內(nèi)，使基 頻光的p分量以單縱模振蕩，經(jīng)光學(xué)倍頻后獲得單頻倍頻激光輸出。圖4是本發(fā)明激光器的第四種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。這是一種LD端面 泵浦直角駐波腔內(nèi)腔倍頻單頻固體激光器，其結(jié)構(gòu)與圖2所示單頻固體激光 器結(jié)構(gòu)相比，惟有兩處不同第一，采用非線性光學(xué)倍頻晶體10代替了圖2 中的半波片7，用倍頻晶體10與PBS 6組成雙折射濾光片，使基頻光以單縱 模振蕩；第二，用輸出鏡11代替了圖2中的輸出耦合鏡8，輸出鏡ll的球 面蒸鍍雙色介質(zhì)膜，即對基頻振蕩光波高反，同時對倍頻光波增透。工作時， 從LD尾纖3輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到激光工作物質(zhì)5中，在 匯聚光學(xué)系統(tǒng)4光軸上激光工作物質(zhì)5之后設(shè)置有PBS 6，在垂直于匯聚光 學(xué)系統(tǒng)4光軸方向并與PBS 6相對應(yīng)的位置設(shè)置有輸出鏡11，在輸出鏡ll 與PBS 6之間設(shè)置有倍頻晶體10。激光工作物質(zhì)5的泵浦端面與輸出鏡11 之間構(gòu)成直角形駐波激光諧振腔，腔內(nèi)PBS 6與倍頻晶體10組成雙折射濾 光片使激光器基頻光以單縱模振蕩，同時倍頻晶體10對單頻基頻光進(jìn)行倍 頻，單頻倍頻激光從輸出鏡ll射出。本實(shí)施例由PBS和非線性光學(xué)倍頻晶體組成雙折射濾光片作為激光縱 模選擇元件，將其置于LD端面泵浦直角駐波固體激光器的諧振腔內(nèi)，使基 頻光s分量以單縱模振蕩，經(jīng)光學(xué)倍頻后獲得單頻倍頻激光輸出。LD控制器1為LD 2提供注入電流并控制其工作溫度，使LD光波波長 處于激光工作物質(zhì)的吸收峰波長處，實(shí)現(xiàn)最佳光譜匹配。從LD尾纖3輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到激光工作物質(zhì)5中，激光工作物質(zhì)5的泵 浦端面鍍有對泵浦光波增透、同時對振蕩光波高反射的雙色介質(zhì)膜，作為激 光諧振腔的后反射鏡，激光工作物質(zhì)5選用Nd:YAG晶體、Nd:YV04晶體、 Yb: YAG晶體、Nd:glass或Er:Yb: glass等；根據(jù)振蕩激光波長選擇腔內(nèi)PBS 6，其尺寸不超過5mmX 5mmX5mm (市售PBS尺寸規(guī)格可小至2mmX2mm X2mm);半波片7用石英或方解石晶體制作，其光軸與晶面平行并與微型 偏振分光棱鏡6的起偏方向成45。角，厚度一般小于lmm，且兩個工作面 鍍有對振蕩激光波長增透介質(zhì)膜;具有雙折射效應(yīng)的非線性光學(xué)倍頻晶體10 可選用KTP、 PPKTP或LBO等，其光軸與晶面平行并與PBS 6的偏振面成 45°角，倍頻晶體10的軸向長度一般不超過5mm，且其兩工作面鍍有對基 頻光和倍頻光增透的雙色介質(zhì)膜；輸出耦合鏡8和輸出鏡11的曲率半徑均 為100mm，前者球面蒸鍍對基頻光波反射膜(透射率2%~5%)，后者球面蒸 鍍對基頻光波高反、同時對倍頻光波增透的雙色介質(zhì)膜；與輸出耦合鏡8和 輸出鏡11粘接的壓電陶瓷管9壁厚為lmm，長度約10mm。因此本發(fā)明提 供的四種駐波腔單頻固體激光器的諧振腔幾何長度可以很小(約10mm左 右)，并且整個激光頭(含匯聚光學(xué)系統(tǒng)4和壓電陶瓷管9)的軸向尺寸一般 不超過30rtim。本發(fā)明的實(shí)施例將半波片7或倍頻晶體10的光軸與PBS 6偏振面成45 °角設(shè)置，使腔內(nèi)雙折射濾光片具有最強(qiáng)的單縱模選擇能力；另外，本發(fā)明 采用了微小尺寸的PBS6，使激光諧振腔的長度變得很短(約10mm左右)， 不但減小了腔內(nèi)損耗和激光頭外型尺寸，而且大大增強(qiáng)了腔內(nèi)雙折射濾光片 的單縱模選擇能力。實(shí)施例1在圖2所示單頻激光器結(jié)構(gòu)中，激光工作物質(zhì)5采用Nd:YAG晶體，構(gòu) 成LD端面泵浦1064nm直角駐波腔單頻Nd:YAG激光器。LD 2的標(biāo)稱波長 為808nm, LD尾纖3的芯徑100 u m，數(shù)值孔徑NA-0.22，最大出纖功率為 1.5W。 808nm泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4 (自聚焦透鏡，尺寸為4)2.6mmX 6.5mm，數(shù)值孔徑NA-0.6)匯聚到激光工作物質(zhì)(即Nd:YAG晶體)5中。 Nd:YAG晶體的摻雜濃度為1.1°/。，尺寸規(guī)格為3mmX3mmX5mm (通光方 向長度為5mm),其泵浦端面(即各個圖中的左端面)鍍有雙色介質(zhì)膜，即 對1064nm振蕩激光高反射(反射率大于99.8%)、對808nm泵浦光增透(透 過率大于95%), Nd:YAG晶體的右端面鍍1064nm增透介質(zhì)膜(透過率大于 99.9%); PBS 6的尺寸規(guī)格為12.7mmX 12.7mmX 12.7mm，對1064nm光波 p分量透過率和s分量反射率分別為96%和99.9%;半波片7用石英晶體制 作，其幾何厚度為699nm，光軸與PBS 6偏振面之間的夾角為45° ， 輸出 耦合鏡8的曲率半徑為100mm，其球面鍍有1064nm反射介質(zhì)膜，透過率為 3.6%;與輸出耦合鏡8相粘接的P5型壓電陶瓷管9的尺寸規(guī)格為Ol4mm X 0M2mmX 15mm。直角駐波腔的光學(xué)腔長約為50mm。下面通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本發(fā)明的效果。通過仔細(xì)調(diào)節(jié)激光諧振腔和腔內(nèi)半 波片7和PBS 6的方位，并控制LD 2的溫度和注入電流，實(shí)現(xiàn)了 1064nm 單頻激光振蕩輸出。用檢偏器檢查輸出光的偏振態(tài)，發(fā)現(xiàn)其為線偏振光(s 偏振)；當(dāng)Nd:YAG晶體的端面泵浦光功率約為1W時，測得1064nm線偏振 單頻激光的輸出功率為72mW，半小時內(nèi)的功率穩(wěn)定性優(yōu)于2%;用共焦F-P 掃描干涉儀(自由光譜范圍FSR-3.75GHz)測得的激光振蕩模譜如圖5所示, 可以看出，激光器的確是以單縱模振蕩的，說明腔內(nèi)PBS6和半波片7組成 的雙折射濾光片PBS-X/2確實(shí)具有單縱模選擇能力；連續(xù)改變加在電陶瓷管9內(nèi)外壁電極間的直流電壓，觀察到單縱模振蕩頻率的調(diào)諧現(xiàn)象，而且圖5 所示的單縱模振蕩模譜周期性重復(fù)出現(xiàn)，即在微調(diào)腔長的條件下仍然能夠?qū)?現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，說明腔內(nèi)雙折射濾光片PBS-V2具有很強(qiáng)的單縱模選擇能力。 實(shí)施例2在圖1所示單頻固體激光器結(jié)構(gòu)中，激光工作物質(zhì)5采用Nd:YAG晶體， 構(gòu)成LD端面泵浦1064nm直線駐波腔Nd:YAG激光器。系統(tǒng)所用各元器件 及儀器均與實(shí)施例l中的相同，直線駐波腔的光學(xué)腔長約為50mm。通過仔 細(xì)調(diào)節(jié)激光諧振腔和腔內(nèi)半波片7和PBS 6的方位，并控制LD 2的溫度和 注入電流，實(shí)現(xiàn)了 1064nm單頻激光振蕩輸出。當(dāng)Nd:YAG晶體的端面泵浦 光功率約為1W，測得從輸出耦合鏡8輸出的1064nm單頻激光功率為22mW， 而沿垂直于腔軸方向并從PBS 6兩個側(cè)面逸出腔外的單頻激光功率分別為 16.3 mW和12.6mW;用檢偏器檢查從以上三個方向輸出的單頻激光的偏振 態(tài)，發(fā)現(xiàn)它們均為相同偏振態(tài)(p偏振)的線偏振光；與直角駐波腔激光器 結(jié)構(gòu)相比，直線駐波腔激光器結(jié)構(gòu)中從PBS6兩側(cè)面逸出光功率比較大，而 且從輸出耦合鏡輸出的激光功率也比較小，其根本原因在于PBS 6對p分量 光波的透射率較低(Tp=96%)，從而導(dǎo)致部分p分量光波在PBS 6的分光面 反射而逸出腔外；用共焦F-P掃描干涉儀(FSR=3.75GHz)測得的激光振蕩 模譜如圖6所示，可以看出，激光器的確是以單縱模振蕩的，說明腔內(nèi)PBS 6和半波片7組成的雙折射濾光片PBS-X72對直線駐波腔激光器同樣具有單 縱模選擇能力；連續(xù)調(diào)節(jié)加在電陶瓷管9內(nèi)外壁電極間的直流電壓，觀察到 單縱模振蕩頻率的調(diào)諧現(xiàn)象，而且圖6所示的單縱模振蕩模譜周期性重復(fù)出 現(xiàn)，即在微調(diào)腔長的條件下仍然能夠保證單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，也說明腔內(nèi)雙折射濾 光片對直線駐波腔同樣具有很強(qiáng)的單縱模選擇能力。本發(fā)明的激光器采用高性能的PBS替代傳統(tǒng)的單BP片或多BP片，與 激光腔內(nèi)晶體石英、方解石等制作的半波片或非線性光學(xué)倍頻晶體組成雙折 射濾光片，單縱模選擇能力明顯提高、結(jié)構(gòu)更加簡單和小型化，能獲得從近 紅外到可見光波段的單頻激光輸出，為激光測量、光通信、光存儲等應(yīng)用系 統(tǒng)提供理想光源。
權(quán)利要求
1.一種LD端面泵浦直線駐波腔單頻固體激光器，與LD(2)相連接的LD控制器(1)為LD(2)提供注入電流并控制其工作溫度，從LD(2)的尾纖(3)輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)聚焦到激光工作物質(zhì)(5)中，激光工作物質(zhì)(5)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)的光軸上并在激光工作物質(zhì)(5)之后設(shè)置有輸出耦合鏡(8)，輸出耦合鏡(8)與壓電陶瓷管(9)相粘連，輸出耦合鏡(8)的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介質(zhì)膜，輸出耦合鏡(8)的球面與激光工作物質(zhì)(5)的受光端面構(gòu)成直線駐波諧振腔，其特征在于，所述的直線駐波諧振腔內(nèi)，設(shè)置有由微小型PBS(6)和λ/2波片(7)組成的雙折射濾光片。
2、 一種LD端面泵浦直角駐波腔單頻固體激光器，與LD (2)相連接 的LD控制器(1)為LD (2)提供注入電流并控制其工作溫度，從LD (2) 的尾纖(3)輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)聚焦到激光工作物質(zhì)(5) 中，激光工作物質(zhì)(5)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4) 的光軸上且在激光工作物質(zhì)(5)之后設(shè)置有PBS (6)，在垂直于匯聚光學(xué) 系統(tǒng)(4)光軸方向并與PBS (6)相對應(yīng)的位置設(shè)置有輸出耦合鏡(8)和 壓電陶瓷管(9)，壓電陶瓷管(9)與輸出耦合鏡(8)粘接在一起，輸出耦 合鏡(8)的球面鍍有對振蕩激光波長高反射的介質(zhì)膜，輸出耦合鏡(8)與 激光工作物質(zhì)(5)的泵浦端面構(gòu)成直角駐波諧振腔，其特征在于，所述直 角駐波諧振腔內(nèi)設(shè)置有PBS (6)和半波片(7)組成的雙折射濾光片。
3、 一種LD端面泵浦直線駐波腔內(nèi)腔倍頻單頻固體激光器，與LD (2) 相連接的LD控制器(1)為LD (2)提供注入電流并控制其工作溫度，從 LD (2)的尾纖(3)輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)聚焦到激光工作物質(zhì)(5)中，激光工作物質(zhì)(5)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系 統(tǒng)(4)的光軸上并在激光工作物質(zhì)(5)之后設(shè)置有輸出鏡(11)，輸出鏡 (11)與壓電陶瓷管(9)相粘連，輸出鏡(11)的球面鍍有對振蕩激光波 長高反射的介質(zhì)膜，輸出鏡(11)的球面與激光工作物質(zhì)(5)的泵浦端面 構(gòu)成直線駐波諧振腔，其特征在于，所述的直線駐波諧振腔內(nèi)設(shè)置有PBS(6) 和倍頻晶體(10)組成的雙折射濾光片。
4、 一種LD端面泵浦直角駐波腔內(nèi)腔倍頻單頻固體激光器，與LD (2)相連 接的LD控制器(1)為LD (2)提供注入電流并控制其工作溫度，從LD (2)的 尾纖(3)輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)聚焦到激光工作物質(zhì)(5)中，激光 工作物質(zhì)(5)的泵浦端面鍍有雙色介質(zhì)膜，在匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)的光軸上且在 激光工作物質(zhì)(5)之后設(shè)置有PBS (6),在垂直于匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)光軸方向 并與PBS (6)相對應(yīng)的位置設(shè)置有輸出鏡(11)和壓電陶瓷管(9)，壓電陶瓷管(9)與輸出鏡(11)粘接在一起，輸出鏡(11)的球面鍍有對振蕩激光波長高反 射的介質(zhì)膜，輸出鏡(11)與激光工作物質(zhì)(5)的泵浦端面構(gòu)成直角駐波諧振腔， 其特征在于，所述直角駐波諧振腔內(nèi)設(shè)置有PBS (6)和倍頻晶體(10)組成的雙 折射濾光片，并且倍頻晶體(10)設(shè)置在PBS (6)與輸出鏡(11)之間。
5、 按照權(quán)禾頓求l、 2、 3或4所述的單頻固體激光器，其特征在于，所述的 激光工作物質(zhì)(5)選用Nd:YAG晶體、Nd:YV04晶體、Yb:YAG晶體、Nd:glass 或Er:Yb: glass 。
6、 按照權(quán)利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述的X/2波片(7)選 用晶體石英或方解石晶體。
7、 按照權(quán)利要求3或4所述的激光器，其特征在于，所述的倍頻晶體(10) 選用KTP、 PPKTP或LBO晶體。
全文摘要
本發(fā)明公開的LD端面泵浦駐波腔單頻固體激光器，包括LD、LD控制器、LD尾纖、匯聚光學(xué)系統(tǒng)、激光工作物質(zhì)及駐波諧振腔，駐波諧振腔由激光工作物質(zhì)與輸出耦合鏡構(gòu)成直線型或直角型駐波諧振腔，駐波諧振腔還可以由激光工作物質(zhì)與輸出鏡構(gòu)成直線型或直角型駐波諧振腔，在直線型或直角型駐波諧振腔之中設(shè)置有PBS和半波片或PBS和非線性光學(xué)倍頻晶體組成的雙折射濾光片。本發(fā)明的單頻固體激光器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、單模工作狀態(tài)穩(wěn)定、波長范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于激光干涉測量、激光通信、激光信息存儲等技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號H01S3/16GK101404379SQ20081015076
公開日2009年4月8日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者焦明星 申請人:西安理工大學(xué)