專利名稱：雙鏡環(huán)行行波激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光器，特別涉及一種雙鏡環(huán)行行波激光器的結構設計，屬于激光技術領域。
再有，在現有的超快光學等領域中有重要應用的鎖模激光器中，由于調制器的頻率僅為百兆赫茲，必須使用很長的激光諧振腔(比如頻率為150MHz的鎖模激光器，其諧振腔的長度大概為1米左右)，從而使此類激光器的長度太大，工作不穩(wěn)定，使用不方便；另外，LD縱向泵浦全固態(tài)激光器有很高的效率和很好的光束質量，但其輸出功率受到熱透鏡效應等因素的限制，因此只能用于制作成中小功率的激光器。
上述激光器的這些缺點主要是它們使用多鏡諧振腔、長諧振腔和單點泵浦的結果。本發(fā)明首次提出全新的雙鏡環(huán)行行波激光器，以研制性能更高、體積更小、效率更高、價格更低的激光器。
本發(fā)明的目的是通過如下技術方案實現的一種雙鏡環(huán)行行波激光器，包括泵浦光源，諧振腔以及設置在諧振腔內的激光晶體，其特征在于所述的諧振腔由兩個反射鏡組成，靠近泵浦光源的反射鏡是在激光晶體上鍍介質膜構成；兩個反射鏡間的距離L為特定值，滿足以下公式L/R＝2-2cos2(Mπ/2N)cosθ式中R為反射鏡的曲率半徑，2N為光線在諧振腔內的反射次數，M是和N互質的整數，且M＜N，θ＝sin-1(d/R)，d為反射點離諧振腔軸線的距離；在該諧振腔內所產生的激光束在兩個反射鏡上的不同位置被反射，沿立體環(huán)形光路往返多次形成一個回路。
本發(fā)明所述的泵浦光源采用至少兩個激光二極管，對所述的激光晶體上的各個反射點分別進行多點縱向泵浦。
本發(fā)明的特征還在于該激光器采用雙凹型或平凹型諧振腔，在腔內垂直光路設有倍頻晶體。
本發(fā)明的激光晶體采用Nd3+濃度為1at％的Nd∶YAG；激光晶體的左端面上鍍有介質膜反射鏡，其曲率半徑為50mm；此反射鏡對泵浦光的透射率T＞95％，對1.06μm振蕩激光的反射率R＞99.8％，同時對0.53μm倍頻光的反射率R＞98％；激光晶體的右端面上鍍有同時對1.06μm基頻光和0.53μm倍頻光都透射率T＞99.5％的增透膜。
本發(fā)明所述的倍頻晶體選用KTP晶體，它的兩個端面都鍍有對1.06μm基頻光和0.53μm都透射率T＞99.75％的增透膜。
本發(fā)明輸出耦合鏡對1.06μm基頻光的反射率R高于99.8％、對0.53μm倍頻光是高透射(透射率T＞95％)的介質膜反射鏡，曲率半徑為50mm。
本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果；本發(fā)明所述的環(huán)行行波激光器，其諧振腔僅由兩面反射鏡組成，而且其中靠近泵浦光源的反射鏡是在激光晶體上鍍介質膜構成，結構簡單，且能夠達到現有多面反射鏡諧振腔的效果，性能穩(wěn)定。本發(fā)明提出的多點泵浦技術方案，可以提高泵浦功率，減弱熱透鏡效應，進而得到高的轉換效率和大的輸出功率以及高質量的輸出光束；由于產生的激光光束在腔內往返多次才形成一個回路，因此在諧振腔長度較小的條件下，可以得到很大的有效諧振腔腔長，可望研制出長度大大縮短的鎖模激光器；如果在具有法拉第效應的激光介質上施加磁場并配合使用偏振敏感的反射鏡，就可以產生單向的行波激光振蕩，得到單縱模運轉，從而得到單縱模的基頻近紅外光輸出和單縱模的倍頻可見光輸出，同時使腔內倍頻激光器的綠噪聲問題得到解決。因此，本發(fā)明提出的雙鏡環(huán)行行波激光器可以克服現有技術中幾種激光器的缺點，提高激光器性能，可望得到廣泛的應用。
圖2為

圖1中諧振腔內反射四次形成的立體環(huán)形光路的側面視圖。
圖3為諧振腔內反射六次形成立體環(huán)形光路時的多點泵浦示意4為圖3中諧振腔內反射六次形成的立體環(huán)形光路的側面視圖。
本發(fā)明提供的雙鏡環(huán)行行波激光器，包括泵浦光源1，由兩個反射鏡組成的諧振腔以及設置在諧振腔內的激光晶體2，其中的一個反射鏡6是在激光晶體2上鍍介質膜構成；另一個為反射鏡4，兩個反射鏡間的距離L為特定值，滿足以下公式L/R＝2-2cos2(Mπ/2N)cosθ式中R為反射鏡的曲率半徑，2N為光線在諧振腔內的反射次數，M是和N互質的整數，且M＜N，θ＝sin-1(d/R)，d為反射點離諧振腔軸線的距離；在該諧振腔內所產生的激光束在兩個反射鏡上的不同位置被反射，沿立體環(huán)形光路往返多次形成一個回路(如圖1所示)。圖1為諧振腔內反射四次形成立體環(huán)形光路的示意圖，以它為例介紹兩鏡距離公式L/R＝2-2cos2(Mπ/2N)cosθ的計算。對于四次反射系統(tǒng)，所以2N＝4，M和N為互質的整數，且M＜N，所以M只能取1，鏡面的曲率半徑R＝50mm，假設反射點離軸線距離d＝6mm，代入上述公式，可得L＝50.3613mm。將一束泵浦光調整到距離軸線6mm處，兩鏡距離調整到L＝50.3613mm，再做適當微調處理，這時所產生的激光束將在腔內沿立體環(huán)形光路行進，在兩個反射鏡間反射四次形成立體8字形的閉合回路?；芈返膫让嬉晥D如圖2所示，圖2中5是立體閉合回路。此時光路在激光晶體上有兩個反射點，其中一個在已有的泵浦光處，取另一束泵浦光耦合到另一個反射點處，形成兩點端面泵浦。泵浦源1采用光纖耦合的LD，用控溫儀控制LD的溫度，使其工作波長為808.5nm，采用縱向泵浦的方式；振蕩光束在激光晶體內每個反射點的位置上，都用LD進行端面泵浦，即實現對激光器的端面多點泵浦，就可以在降低熱透鏡效應的條件下提高泵浦功率。
上述激光晶體2為3mm厚、Nd3+濃度為1at％的Nd∶YAG。采用雙凹型諧振腔。
激光晶體的左端面上鍍有介質膜反射鏡6，其曲率半徑為50mm；此反射鏡對泵浦光是高透射的(透射率T＞95％)，對1.06μm振蕩激光是全反射的(反射率R＞99 8％)，同時對0.53μm倍頻光是高反射的(反射率R＞98％)。
激光晶體的右端面上鍍有同時對1.06μm基頻光和0.53μm倍頻光都是高透射(剩余反射率R＜0.5％)的增透膜；輸出耦合鏡4是對1.06μm基頻光的反射率R高于99.8％、對0.53μm倍頻光是高透射(透射率T＞95％)的介質膜反射鏡，曲率半徑為50mm；倍頻晶體3選用KTP晶體，它的兩個通光面都鍍有對1.06μm基頻光和0.53μm倍頻光同時高透射的增透膜，每個面的剩余反射率R＜0.25％。
上述這種諧振腔的設計能滿足構成激光振蕩的要求，泵浦光從左側射入，經激光晶體吸收，通過倍頻晶體后，倍頻光綠光能從輸出耦合鏡輸出，而基頻紅光則不能透出，只能在腔內作往返振蕩。
圖3為諧振腔內反射六次形成立體環(huán)形光路時的多點泵浦示意圖。同時在激光晶體上的三個反射點分別用三個LD進行多點泵浦，從而可以提高泵浦功率，并減弱熱透鏡效應，進而得到高的轉換效率和大的輸出功率和高質量的輸出光束。
本發(fā)明所述激光器產生的激光光束在腔內往返多次才形成一個回路，因此在諧振腔長度較小的條件下，可以得到很大的有效諧振腔腔長，利用這種結構可研制出長度大大縮短的鎖模激光器。
對于本發(fā)明所述激光器，如果在具有法拉第效應的激光介質上施加磁場并配合使用偏振敏感的反射鏡，就可以產生單向的行波激光振蕩，得到單縱模運轉，從而得到單縱模的基頻近紅外光輸出和單縱模的倍頻可見光輸出。
權利要求
1.一種雙鏡環(huán)行行波激光器，包括泵浦光源，諧振腔以及設置在諧振腔內的激光晶體，其特征在于所述的諧振腔由兩個反射鏡(6、4)組成，靠近泵浦光源(1)的反射鏡(6)是在激光晶體(2)上鍍介質膜構成；兩個反射鏡間的距離L為特定值，滿足以下公式L/R＝2-2cos2(Mπ/2N)cosθ式中R為反射鏡的曲率半徑，2N為光線在諧振腔內的反射次數，M是和N互質的整數，且M＜N，θ＝sin-1(d/R)，d為反射點離諧振腔軸線的距離；在該諧振腔內所產生的激光束在兩個反射鏡上的不同位置被反射，沿立體環(huán)形光路往返多次形成一個回路。
2.按照權利要求1所述的激光器，其特征在于所述的泵浦光源采用至少兩個激光二極管，對所述的激光晶體上的各個反射點分別進行多點縱向泵浦。
3.按照權利要求1或2所述的激光器，其特征在于所述的激光器采用雙凹型或平凹型諧振腔，在腔內垂直光路中設有倍頻晶體(3)。
4.按照權利要求1所述的激光器，其特征在于激光晶體(2)采用Nd3+濃度為1at％的Nd∶YAG；激光晶體的左端面上鍍有介質膜反射鏡(6)，其曲率半徑為50mm；此反射鏡對泵浦光的透射率T＞95％，對1.06μm振蕩激光的反射率R＞99.8％，同時對0.53μm倍頻光的反射率R＞98％；激光晶體的右端面上鍍有同時對1.06μm基頻光和0.53μm倍頻光都透射率T＞99.5％的增透膜。
5.按照權利要求3所述的激光器，其特征在于所述的倍頻晶體選用KTP晶體，它的兩個端面都鍍有對1.06μm基頻光和0.53μm都透射率T＞99.75％的增透膜。
6.按照權利要求1所述的激光器，其特征在于輸出耦合鏡(4)對1.06μm基頻光的反射率R高于99.8％、對0.53μm倍頻光的透射率T＞95％的介質膜反射鏡，曲率半徑為50mm。
全文摘要
雙鏡環(huán)行行波激光器，涉及一種雙鏡環(huán)行行波激光器的結構設計。本發(fā)明所述激光器的諧振腔僅由兩個反射鏡組成，靠近泵浦光源的反射鏡是在激光晶體上鍍介質膜構成。兩個反射鏡間的距離為特定值時產生的激光束在腔內沿立體環(huán)形光路行進，形成環(huán)行行波激光器；同時在激光晶體的各個反射點進行LD多點縱向泵浦，可以提高泵浦功率，減弱熱透鏡效應，得到高的轉換效率和大的輸出功率和高質量的輸出光束。因此該激光器具有結構簡單緊湊，且能夠達到現有多面反射鏡諧振腔的效果，性能穩(wěn)定的特點。
文檔編號H01S3/109GK1477738SQ0314639
公開日2004年2月25日 申請日期2003年7月11日 優(yōu)先權日2003年7月11日
發(fā)明者霍玉晶, 許闈帷, 何淑芳 申請人:清華大學