專利名稱：高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器，是一種獲得高功率穩(wěn)定性偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)被動調Q脈沖倍頻激光器，屬于激光技術領域。
背景技術：
隨著激光技術的不斷發(fā)展，其應用領域也越來越廣泛，同時，對激光參數的要求也越來越高。為了獲得高的峰值功率，需要調Q技術，調Q技術包括轉鏡調Q，染料調Q，電光調Q，聲光調Q等。目前最常用的調Q方式為聲光調Q，聲光調Q工作穩(wěn)定，一般脈沖寬度可以達到數十ns，頻率不高于200KHZ。電光調Q的優(yōu)點是可以得到更窄脈寬和更高的峰值功率，但是電光晶體容易潮解，影響使用壽命。這兩種調Q方式都需要使用電子驅動設備來控制調Q的頻率，故稱為主動調Q。后來出現一種利用晶體的可飽和吸收效應進行調Q的技術，如用Cr4+:YAG等晶體，其作用機理就是利用飽和吸收效應，不需要外加的驅動控制源，故稱為被動調Q技術。被動調Q與主動調Q相比，晶體的被動調Q可以獲得更窄的脈沖寬度，更高的重復頻率，且工作穩(wěn)定，壽命長。因此在諸多領域有著廣泛的應用。半導體泵浦全固態(tài)腔外混頻被動調Q脈沖激光器的主要應用是腔外倍頻被動調Q脈沖激光器。該技術已經被廣泛應用于半導體泵浦全固態(tài)腔外倍頻被動調Q脈沖紅，綠和藍光激光器的產品中。但由于腔外非線性倍頻過程的轉換效率很大程度上依賴于脈沖基頻光的偏振態(tài)，而傳統半導體泵浦全固態(tài)被動調Q脈沖紅外激光器的偏振態(tài)隨環(huán)境溫度，激光晶體應力等外界因素會無規(guī)律的變化，且被動調Q晶體亦為雙折射晶體，基頻光通過被動調Q晶體會產生偏振態(tài)的旋轉，而相應的熱效應也會產生應力雙折射，以上因素直接導致其倍頻過程產生的諧波輸出不穩(wěn)定，嚴重影響了其在諸多領域的應用。

發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器，其內部結構為線性直腔結構并在輸出腔鏡和倍頻晶體間加入基頻光的半波片，在旋轉驅動器的控制下，隨著外界條件的變化旋轉基頻光半波片，將基頻光的偏振態(tài)實時調節(jié)到倍頻轉換效率最高的位置以保證被動調Q脈沖基頻光倍頻過程的穩(wěn)定。本實用新型的技術方案是這樣實現的:一種高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器，由半導體激光器，半導體激光器座，光學耦合鏡組，光學耦合鏡組座，反射腔鏡，反射腔鏡座，激光晶體，激光晶體座，被動調Q晶體，被動調Q晶體座，輸出腔鏡，輸出腔鏡座，基頻光半波片，基頻光半波片旋轉驅動器，非線性倍頻晶體，非線性倍頻晶體座，基板，外殼組成；其中半導體激光器固定于銅制的半導體激光器座上，光學耦合鏡組固定于光學耦合鏡組座中，反射腔鏡固定在反射腔鏡座內，激光晶體固定在激光晶體座內，被動調Q晶體固定在被動調Q晶體座內，輸出腔鏡固定于輸出腔鏡座內，基頻光半波片固定于基頻光半波片旋轉驅動器內，非線性倍頻晶體固定于非線性倍頻晶體座內，半導體激光器座，光學耦合鏡組座，反射腔鏡座，激光晶體座，被動調Q晶體座，輸出腔鏡座，基頻光半波片旋轉驅動器，非線性倍頻晶體座均固定在基板上，并罩在外殼中；其特征在于:設泵浦光與基頻光的波長分別為λ ρ、λ 1，固定在銅制半導體激光器座上的半導體激光器發(fā)射與激光晶體吸收譜相對應波長的激光，波長為λ ρ，通過固定在光學耦合鏡組座中的光學耦合鏡組注入到激光晶體中，光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，反射腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λ P波長泵浦光的增透膜系，另一端為對λ P波長泵浦光增透和λ I波長基頻光的高反膜系，激光晶體的靠近半導體激光器的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系，激光晶體的另一個通光面鍍膜為λ I波長基頻光的增透膜系，被動調Q晶體雙面鍍對λ I波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λ I波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對λ I波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡和輸出腔鏡的靠近半導體激光器的兩個端面形成諧振腔，基頻光在激光晶體內進行增益，被動調Q晶體對基頻光進行調Q，而基頻光半波片通過基頻光半波片旋轉驅動器的控制輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)，鎖定在倍頻效率最高的位置，以保證倍頻過程的穩(wěn)定，其中半波片的兩端面鍍膜為基頻光λ I波長的增透膜系。非線性倍頻晶體按基頻光波長λ I的倍頻相位匹配方向切害I]，使得波長λ I在非線性倍頻晶體中共線傳播時滿足相位匹配關系:η2/λ 2=η1/λ 1+nl/λ 1，其中nl，n2分別為λ 1，λ 2波長的光在非線性倍頻晶體中傳播時的折射率，其雙面鍍膜為倍頻光λ 2的增透膜系。本實用新型的積極效果是在旋轉驅動器的控制下，隨著外界條件的變化旋轉基頻光半波片，將基頻光的偏振態(tài)實時調節(jié)到倍頻轉換效率最高的位置以保證被動調Q脈沖基頻光倍頻過程的穩(wěn)定。

圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新 型的通過半波片后的光矢量的示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述:如圖1所示，一種高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器，由半導體激光器1，半導體激光器座2，光學耦合鏡組3，光學耦合鏡組座4，反射腔鏡5，反射腔鏡座6，激光晶體7，激光晶體座8，被動調Q晶體9，被動調Q晶體座10，輸出腔鏡11，輸出腔鏡座12，基頻光半波片13，基頻光半波片旋轉驅動器14，非線性倍頻晶體15，非線性倍頻晶體座16，基板17，外殼18組成；其中半導體激光器I固定于銅制的半導體激光器座2上，光學耦合鏡組3固定于光學耦合鏡組座4中，反射腔鏡5固定在反射腔鏡座6內，激光晶體7固定在激光晶體座8內，被動調Q晶體9固定在被動調Q晶體座10內，輸出腔鏡11固定于輸出腔鏡座12內，基頻光半波片13固定于基頻光半波片旋轉驅動器14內，非線性倍頻晶體15固定于非線性倍頻晶體座16內，半導體激光器座2，光學耦合鏡組座4，反射腔鏡座6，激光晶體座8，被動調Q晶體座10，輸出腔鏡座12，基頻光半波片旋轉驅動器14，非線性倍頻晶體座16均固定在基板17上，罩在外殼18中；其特征在于:設泵浦光與基頻光的波長分別為λ ρ，λ 1，固定在銅制半導體激光器座2上的半導體激光器I發(fā)射與激光晶體7吸收譜相對應波長的激光，波長為λ ρ，通過固定在光學耦合鏡組座4中的光學耦合鏡組3注入到激光晶體7中，光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，反射腔鏡5靠近半導體激光器I的一端鍍膜為對λ ρ波長泵浦光的增透膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光增透和λ I波長基頻光的高反膜系，激光晶體7的靠近半導體激光器I的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系，激光晶體7的另一個通光面鍍膜為λ I波長基頻光的增透膜系，被動調Q晶體9雙面鍍對λ I波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡11靠近半導體激光器I的一端鍍膜為對λ I波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對λ I波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡5和輸出腔鏡11的靠近半導體激光器I的兩個端面形成諧振腔，基頻光在激光晶體7內進行增益，被動調Q晶體9對基頻光進行調Q，而基頻光半波片13通過基頻光半波片旋轉驅動器14的控制輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)，鎖定在倍頻效率最高的位置，以保證倍頻過程的穩(wěn)定，其中半波片13的兩端面鍍膜為基頻光λ I波長的增透膜系。非線性倍頻晶體15按基頻光波長λ I的倍頻相位匹配方向切割，使得波長λ I在非線性倍頻晶體13中共線傳播時滿足相位匹配關系:η2/λ 2=η1/λ l+nl/λ 1，其中nl，n2分別為λ 1，λ 2波長的光在非線性倍頻晶體13中傳播時的折射率，其雙面鍍膜為倍頻光λ 2的增透膜系。作為泵浦源的半導體激光器I發(fā)出泵浦光，被光學耦合鏡組3耦合到激光晶體7內，在反射腔鏡5和輸出腔鏡11的靠近半導體激光器I的兩個端面形成的諧振腔內，基頻光在激光晶體7內進行增益；被動調Q晶體9是一種含有飽和吸收功能的摻雜光學晶體，其對λ I波長基頻光的吸收系數并不是常數，在較強激光的作用下，其吸收系數會隨著光強的增加而減小至飽和，對光呈現透明的特性。根據這一效應，固定在銅制半導體激光器座2上的半導體激光器I發(fā)射與激光晶體7吸收譜相對應波長的激光，波長為λ ρ，通過固定在泵浦光學耦合鏡組座4中的泵浦光學耦合鏡組3注入到激光晶體7中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，反射腔鏡5靠近半導體激光器I的一端鍍膜為對λ ρ波長泵浦光的增透膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光增透和λ I波長基頻光的高反膜系，激光晶體7的靠近半導體激光器I的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系，激光晶體7的另一個通光面鍍膜為λ I波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡11靠近半導體激光器I的一端鍍膜為對λ I波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對λ I波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡5的和輸出腔鏡11的 靠近半導體激光器I的兩個端面形成諧振腔，基頻光會在這個諧振腔內獲得增益。在泵浦的初期階段，腔內自發(fā)熒光很弱，被動調Q晶體9對基頻光λ 的吸收系數很大，光的透過率很低，它會阻止基頻光λ I產生振蕩，此時腔處于低Q值(高損耗)狀態(tài)，不能形成激光振蕩。而隨著泵浦光的繼續(xù)作用和反轉粒子數的迅速積累，腔內熒光逐漸變強，當達到一定數值時，被動調Q晶體9達到飽和值，突然被“漂白”，此時腔內Q值猛增，產生激光振蕩輸出調Q脈沖激光，同時激光上能級的粒子數迅速減少，被動調Q晶體9的損耗瞬間變大，最終導致激光輸出停止，完成一個脈沖。上述過程不停的重復，便產生了固定頻率的脈沖序列。脈沖的寬度取決與調Q晶體的初始透過率和激光諧振腔的長度，脈沖的重復頻率取決與調Q的初始透過率，泵浦光強度及輸出腔鏡11對λ I波長基頻光的透過率，其中被動調Q晶體9雙面鍍對λ I波長基頻光的增透膜系。上述輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)會隨著激光晶體7的熱效應產生的退偏,環(huán)境溫度的變化等因素產生變化，即偏振態(tài)發(fā)生旋轉，而非線性倍頻晶體15的非線性頻率變換的參考面是固定不變的，此時就會導致倍頻過程的效率發(fā)生變化，即輸出倍頻激光不穩(wěn)定。[0012]波片是由具有雙折射特性的材料(晶體)按一定方向切割加工的具有特定厚度的平行平板，切割方向應使得晶體的兩個折射率不等的主軸與晶體通光面平行。垂直進入波片的平面波，出射波方向不變，但與兩個主軸平行方向的偏振分量(O光和E光)之D矢量折射率不同(No和Ne )，一定厚度h的波片對這兩個偏振分量具有不同的光學厚度，因此，就產生了一定的位相差I其中δ=2π (Ne-No) h/λ, λ是光在真空中的波長。選擇一定厚度的波片，使得S=(2m+1) 為整數，這樣的波片為半波片。線偏振光在入射到相應波長的半波片后，設其入射時光矢量與波片的快軸或慢軸的夾角為a，則通過半波片后的光矢量的方向會向著快軸或慢軸的方向轉過2a角，如圖2所示。 在輸出腔鏡11和非線性倍頻晶體15之間加入基頻光λ I波長所對應的半波片，當輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)由于溫度壓力等因素發(fā)生旋轉時，會使得倍頻激光的輸出功率下降，輸出呈現不穩(wěn)定性，此時可以通過基頻光半波片旋轉驅動器14旋轉基頻光半波片13，即可以通過半波片的改變偏振方向的特性，實時的將輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)鎖定在非線性倍頻晶體15倍頻效率最高的位置，從而實現了高功率穩(wěn)定性偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)被動調Q脈沖倍頻激光的輸出，其中半波片兩端面鍍膜為基頻光波長λ I的增透月旲系。以獲得高功率穩(wěn)定性偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)被動調Q脈沖532nm綠光激光器為例，作為泵浦源的半導體激光器發(fā)出波長為808nm泵浦光，被光學耦合鏡組耦合到激光晶體Nd:YAG內，在反射腔鏡和輸出腔鏡的靠近半導體激光器的兩個端面形成的諧振腔內，1064nm的基頻光在激光晶體內進行增益；被動調Q晶體Cr4+:YAG是一種含有飽和吸收功能的摻雜光學晶體，其對1064nm波長基頻光的吸收系數并不是常數，在較強激光的作用下，其吸收系數會隨著光強的增加而減小至飽和，對光呈現透明的特性。根據這一效應，固定在銅制半導體激光器座上的半導體激光器發(fā)射與激光晶體Nd:YAG吸收譜相對應波長的激光，波長為808nm，通過固定在泵浦光學耦合鏡組座中的泵浦光學耦合鏡組注入到激光晶體中，泵浦光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光808nm的增透膜系，反射腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對808nm波長泵浦光的增透膜系，另一端為對808nm波長泵浦光增透和1064nm波長基頻光的高反膜系，激光晶體的靠近泵浦源的一段鍍808nm和1064nm增透膜系，另一個通光面鍍膜為1064nm波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對1064nm波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對1064nm波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡的和輸出腔鏡的靠近半導體激光器的兩個端面形成諧振腔，基頻光會在這個諧振腔內獲得增益。在泵浦的初期階段，腔內自發(fā)熒光很弱，被動調Q晶體對基頻光1064nm的吸收系數很大，光的透過率很低，它會阻止基頻光λ I產生振蕩，此時腔處于低Q值(高損耗)狀態(tài)，不能形成激光振蕩。而隨著泵浦光的繼續(xù)作用和反轉粒子數的迅速積累，腔內熒光逐漸變強，當達到一定數值時，被動調Q晶體達到飽和值，突然被“漂白”，此時腔內Q值猛增，產生激光振蕩輸出調Q脈沖激光，同時激光上能級的粒子數迅速減少，被動調Q晶體的損耗瞬間變大，最終導致激光輸出停止，完成一個脈沖。上述過程不停的重復，便產生了固定頻率的脈沖序列。脈沖的寬度取決與調Q晶體的初始透過率和激光諧振腔的長度，脈沖的重復頻率取決與調Q的初始透過率，泵浦光強度及輸出腔鏡對基頻光的透過率，其中被動調Q晶體雙面鍍對基頻光的增透膜系。上述輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)會隨著激光晶體的熱效應產生的退偏，環(huán)境溫度的變化等因素產生變化，即偏振態(tài)發(fā)生旋轉，而非線性倍頻晶體KTP的非線性頻率變換的參考面是固定不變的，此時就會導致倍頻過程的效率發(fā)生變化，即輸出倍頻激光不穩(wěn)定。波片是由具有雙折射特性的材料(晶體)按一定方向切割加工的具有特定厚度的平行平板，切割方向應使得晶體的兩個折射率不等的主軸與晶體通光面平行。垂直進入波片的平面波，出射波方向不變，但與兩個主軸平行方向的偏振分量(O光和E光)之D矢量折射率不同(No和Ne )，一定厚度h的波片對這兩個偏振分量具有不同的光學厚度，因此，就產生了一定的位相差I其中δ=2π (Ne-No) h/λ, λ是光在真空中的波長。選擇一定厚度的波片，使得S=(2m+1) 為整數，這樣的波片為半波片。線偏振光在入射到相應波長的半波片后，設其入射時光矢量與波片的快軸或慢軸的夾角為a，則通過半波片后的光矢量的方向會向著快軸或慢軸的方向轉過2a角，如圖2所示。在輸出腔鏡和非線性倍頻晶體之間加入基頻光波長所對應的半波片，當輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)由于溫度壓力等因素發(fā)生旋轉時，會使得倍頻激光的輸出功率下降，輸出呈現不穩(wěn)定性，此時可以通過基頻光半波片旋轉驅動器旋轉基頻光半波片，即可以通過半波片的改變偏振方向的特性，實時的將輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)鎖定在非線性倍頻晶體倍頻效率最高的位置，從而實現了高功率穩(wěn)定性偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)被動調Q脈沖倍頻激光的輸出， 其中半波片兩端面鍍膜為基頻光波長1064nm的增透膜系。
權利要求1.一種高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器，由半導體激光器、半導體激光器座、光學耦合鏡組、光學耦合鏡組座、反射腔鏡、反射腔鏡座、激光晶體、激光晶體座、被動調Q晶體、被動調Q晶體座、輸出腔鏡、輸出腔鏡座、基頻光半波片、基頻光半波片旋轉驅動器、非線性倍頻晶體、非線性倍頻晶體座、基板、外殼組成；其中半導體激光器固定于銅制的半導體激光器座上，光學耦合鏡組固定于光學耦合鏡組座中，反射腔鏡5固定在反射腔鏡座內，激光晶體固定在激光晶體座內，被動調Q晶體固定在被動調Q晶體座內，輸出腔鏡固定于輸出腔鏡座內，基頻光半波片固定于基頻光半波片旋轉驅動器內，非線性倍頻晶體固定于非線性倍頻晶體座內，半導體激光器座，光學耦合鏡組座，反射腔鏡座，激光晶體座，被動調Q晶體座，輸出腔鏡座，基頻光半波片旋轉驅動器，非線性倍頻晶體座均固定在基板上，罩在外殼中；其特征在于:設泵浦光與基頻光的波長分別為λ ρ，λ 1，固定在銅制半導體激光器座上的半導體激光器發(fā)射與激光晶體吸收譜相對應波長的激光，波長為λ ρ,通過固定在光學耦合鏡組座中的光學耦合鏡組注入到激光晶體中，光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λ ρ波長的增透膜系，反射腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λ ρ波長泵浦光的增透膜系，另一端為對λ ρ波長泵浦光增透和λ I波長基頻光的高反膜系，激光晶體的靠近半導體激光器的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系，激光晶體的另一個通光面鍍膜為λ I波長基頻光的增透膜系，被動調Q晶體雙面鍍對λ I波長基頻光的增透膜系，輸出腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λ I波長基頻光的部分透過膜系，另一端為對λ I波長基頻光的增透膜系；反射腔鏡和輸出腔鏡的靠近半導體激光器的兩個端面形成諧振腔，基頻光在激光晶體內進行增益，被動調Q晶體對基頻光進行調Q，而基頻光半波片通過基頻光半波片旋轉驅動器的控制輸出的脈沖基頻光的偏振態(tài)，鎖定在倍頻效率最高的位置，以保證倍頻過程的 穩(wěn)定，其中半波片的兩端面鍍膜為基頻光λ I波長的增透膜系；非線性倍頻晶體按基頻光波長λ I的倍頻相位匹配方向切割，使得波長λ I在非線性倍頻晶體中共線傳播時滿足相位匹配關系:112/入2=111/入1+111/入1，其中111，112分別為λ 1，λ 2波長的光在非線性倍頻晶體中傳播時的折射率，其雙面鍍膜為倍頻光λ 2的增透膜系。
專利摘要本實用新型涉及一種高功率穩(wěn)定性的偏振鎖定半導體泵浦全固態(tài)激光器，其特征在于固定在銅制半導體激光器座上的半導體激光器發(fā)射與激光晶體吸收譜相對應波長的激光，波長為λp，通過固定在光學耦合鏡組座中的光學耦合鏡組注入到激光晶體中，光學耦合鏡組兩端鍍泵浦光λp波長的增透膜系，反射腔鏡靠近半導體激光器的一端鍍膜為對λp波長泵浦光的增透膜系，另一端為對λp波長泵浦光增透和λ1波長基頻光的高反膜系，激光晶體的靠近半導體激光器的端面鍍膜為泵浦光和基頻光的增透膜系，激光晶體的另一個通光面鍍膜為λ1波長基頻光的增透膜系，其內部結構為線性直腔結構并在輸出腔鏡和倍頻晶體間加入基頻光的半波片，將基頻光的偏振態(tài)實時調節(jié)到倍頻轉換效率最高的位置以保證被動調Q脈沖基頻光倍頻過程的穩(wěn)定。
文檔編號H01S3/16GK203103752SQ20132008924
公開日2013年7月31日 申請日期2013年2月27日 優(yōu)先權日2013年2月27日
發(fā)明者李斌, 姚矣, 鄭權, 鄧巖, 曲大鵬 申請人:長春新產業(yè)光電技術有限公司