專利名稱：一種自拉曼變頻自鎖模固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種固體激光器及其諧振腔。
背景技術(shù)：
固體激光器是指以固體激光材料作為諧振腔工作物質(zhì)的激光器，其廣泛應(yīng)用于軍事、加工、醫(yī)療和科學(xué)研究等領(lǐng)域。而作為激光及非線性光學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，光學(xué)頻率變換技術(shù)的應(yīng)用使得激光器的輸出激光光譜得到有效拓展，從而進(jìn)一步拓寬了激光器的應(yīng)用領(lǐng)域。其中，拉曼介質(zhì)的受激拉曼散射(Stimulate Raman Scattering, SRS)技術(shù)由于效率高、能夠改善光束質(zhì)量、無需相位匹配等優(yōu)點(diǎn)而獲得了極高的關(guān)注。經(jīng)拉曼介質(zhì)散色后的激光光譜遍及紫外線到近紅外線，拓寬了激光光譜的范圍。為此，現(xiàn)有技術(shù)提供的固體激光器采用了拉曼晶體作為拉曼介質(zhì)，使得固體激光器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，而更加廣泛地應(yīng)用在信息、交通、測(cè)量、醫(yī)療、國(guó)防和工農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。然而，現(xiàn)有技術(shù)提供的采用了拉曼晶體的固體激光器雖然拓寬了激光器輸出激光的光譜的范圍，卻無法產(chǎn)生主要應(yīng)用于超高速光通訊、海量信息存儲(chǔ)、光合作用研究、化學(xué)反應(yīng)過程等領(lǐng)域的、具有超短脈沖的激光，應(yīng)用領(lǐng)域有限。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種固體激光器，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)提供的采用了拉曼晶體的固體激光器無法產(chǎn)生具有超短脈沖的激光，應(yīng)用領(lǐng)域有限的問題。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種自拉曼變頻自鎖模固體激光器，包括泵浦源和諧振腔，所述諧振腔內(nèi)具有激光增益介質(zhì)，所述激光增益介質(zhì)為摻稀土離子的釩酸鹽晶體；所述激光增益介質(zhì)的前后兩個(gè)通光面不垂直于激光光路。進(jìn)一步地，所述諧振腔包括一泵浦端腔鏡和一輸出鏡；所述泵浦端腔鏡對(duì)泵浦光高透射、對(duì)基頻光和一階斯托克斯光高反射，所述輸出鏡對(duì)基頻光高反射、對(duì)一階斯托克斯光有透過率。進(jìn)一步地，所述諧振腔是直腔、三鏡折疊腔、Z型折疊腔或X型折疊腔。進(jìn)一步地，所述摻稀土離子的釩酸鹽晶體包括NchYVO4晶體、NdiGdVO4晶體、 NdiLuVO4 晶體、NchGdxY1-JO4 晶體、NdiLuxY1^VO4 晶體、NdLuxGd1-JO4 晶體、Yb:YVO4 晶體、 Yb GdVO4 晶體或 Yb LuVO4 晶體。進(jìn)一步地，所述泵浦源包括激光二極管、光纖耦合輸出半導(dǎo)體激光系統(tǒng)或者其它激光光源。進(jìn)一步地，所述諧振腔的腔鏡為楔型鏡、平面鏡、平凸鏡或平凹鏡。本實(shí)用新型采用了摻稀土離子的釩酸鹽晶體作為諧振腔的工作介質(zhì)，且設(shè)置激光增益介質(zhì)的前后兩個(gè)通光面不垂直于激光光路，從而可以避免由于標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)影響鎖模的效果。因此該摻稀土離子的釩酸鹽晶體在對(duì)入射激光產(chǎn)生受激拉曼散射效應(yīng)的同時(shí)，還可以通過克爾透鏡效應(yīng)或者可飽和拉曼增益對(duì)受激拉曼散射光脈沖的選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的自鎖模，從而獲得具有超短脈沖的激光。

圖1是本實(shí)用新型提供的固體激光器的原理結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型采用了摻稀土離子的釩酸鹽晶體作為諧振腔的工作介質(zhì)，并將激光增益介質(zhì)的前后兩個(gè)通光面設(shè)置為不垂直于激光光路，該摻稀土離子的釩酸鹽晶體在對(duì)入射激光產(chǎn)生受激拉曼散射效應(yīng)的同時(shí)，還可產(chǎn)生較強(qiáng)的克爾透鏡效應(yīng)，從而獲得具有超短脈沖的激光。圖1示出了本實(shí)用新型提供的固體激光器的原理結(jié)構(gòu)，為了便于說明，僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分。本實(shí)用新型提供的固體激光器包括泵浦源1和諧振腔2，其中諧振腔2的內(nèi)部具有激光增益介質(zhì)22。泵浦源1用于產(chǎn)生泵浦光并將泵浦光聚焦到諧振腔2中的工作介質(zhì)22 上，其中諧振腔2可以是直腔、三鏡折疊腔、Z型折疊腔、X型折疊腔；激光增益介質(zhì)22為摻稀土離子的釩酸鹽晶體，包括Nd = YVO4晶體、Nd = GdVO4晶體、Nd = LuVO4晶體、Nd = GdxYhVO4晶體、Nd LuxY1-JO4 晶體、Nd LuxGd1-JO4 晶體、％ YVO4 晶體、％ GdVO4 晶體、％ LuVO4 晶體中的一種或多種。上述泵浦源1可以包括激光二極管、光纖耦合輸出半導(dǎo)體激光系統(tǒng)或者其它激光光源，圖1中以光纖耦合輸出半導(dǎo)體激光系統(tǒng)為例示出了泵浦源1的結(jié)構(gòu)，包括光纖輸出端 11和聚焦耦合系統(tǒng)12。上述諧振腔2還包括一泵浦端腔鏡21和一輸出鏡23，泵浦端腔鏡21對(duì)泵浦光高透射、對(duì)基頻光和一階斯托克斯光高反射，而輸出鏡23對(duì)基頻光高反射、對(duì)一階斯托克斯光則有透過率。上述泵浦端腔鏡21可以是楔型鏡、平面鏡、平凸鏡或平凹鏡，為了避免形成標(biāo)準(zhǔn)具效應(yīng)，提高諧振腔內(nèi)振蕩的縱模數(shù)量，從而提高鎖模效果，本實(shí)用新型中，激光增益介質(zhì) 22的前后兩個(gè)通光面221和222中至少有一個(gè)不垂直于激光光路，具體可設(shè)置泵浦端腔鏡 21與激光增益介質(zhì)22之間相對(duì)的面不平行，和/或激光增益介質(zhì)22和輸出鏡23之間相對(duì)的面不平行。本實(shí)用新型采用了摻稀土離子的釩酸鹽晶體作為諧振腔2的工作介質(zhì)，摻稀土離子釩酸鹽晶體的自鎖模特性基于釩酸鹽晶體的克爾透鏡鎖模，或基于可飽和拉曼增益對(duì)受激拉曼散射光脈沖的選擇。眾所周知，摻稀土離子的釩酸鹽晶體具有優(yōu)良的三階非線性特性，可以對(duì)入射激光在可見光和近紅外光光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生受激拉曼散射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)自拉曼變頻激光的輸出，且該種結(jié)構(gòu)有利于實(shí)現(xiàn)基頻光和斯托克斯光的模式匹配，降低閾值，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)換效率，簡(jiǎn)化諧振腔的腔型結(jié)構(gòu)。而為了應(yīng)用該固體激光器產(chǎn)生具有超短脈沖的激光(即對(duì)激光實(shí)現(xiàn)鎖模)，需工作介質(zhì)具有大的非線性系數(shù)，以提供足夠強(qiáng)的自聚焦效應(yīng)，由此，摻稀土離子的釩酸鹽晶體在對(duì)入射激光產(chǎn)生受激拉曼散射效應(yīng)的同時(shí)，還可產(chǎn)生較強(qiáng)的克爾透鏡效應(yīng)(Kerr-lens effect)，從而實(shí)現(xiàn)克爾透鏡鎖模(Ker-lens mode locking, KLM)，以獲得具有超短脈沖的激光。以釩酸鹽晶體是YVO4晶體為例，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，YVO4晶體的非線性折射率為 1. 9*10_15cm2/W，約是現(xiàn)有常用的產(chǎn)生克爾透鏡效應(yīng)的鈦寶石晶體的6倍，由于該非線性折射率是一個(gè)表征由克爾透鏡效應(yīng)引起的自聚焦效應(yīng)強(qiáng)弱的參量，因此，YVO4晶體是一種高效的克爾透鏡自鎖模工作介質(zhì)。在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，輸出鏡23將經(jīng)自身受激拉曼散射效應(yīng)和克爾透鏡鎖模效應(yīng)的，波長(zhǎng)為1. 17μπκ重復(fù)頻率為GHz量級(jí)、脈沖寬度為皮秒量級(jí)的超短脈沖激光輸出到基于釩酸鹽晶體的諧振腔13的腔外，為此，泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光的波長(zhǎng)為 808nm ；泵浦端腔鏡21鍍有對(duì)808nm入射激光高透、對(duì)1064nm入射激光和1. 17 μ m入射激光高反的介質(zhì)膜；激光增益介質(zhì)22上沿聚焦耦合系統(tǒng)12聚焦后的泵浦光光路的入射通光端面和出射通光端面分別鍍有對(duì)808nm入射激光、1064nm入射激光和1. 17 μ m入射激光高透的介質(zhì)膜；輸出鏡23鍍有對(duì)1064nm入射激光高反和對(duì)1. 17 μ m入射激光部分反射的介質(zhì)膜。本實(shí)用新型該實(shí)施例提供的固體激光器發(fā)出的超短脈沖激光再經(jīng)倍頻后，可產(chǎn)生應(yīng)用于醫(yī)療、光譜分析等領(lǐng)域的波長(zhǎng)為588nm的超短脈沖黃光激光。在本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例中，輸出鏡23將經(jīng)自身受激拉曼散射效應(yīng)和克爾透鏡鎖模效應(yīng)的，波長(zhǎng)為1. 52 μ m、重復(fù)頻率為GHz量級(jí)、脈沖寬度為皮秒量級(jí)的超短脈沖激光輸出到基于釩酸鹽晶體的諧振腔13的腔外，為此，泵浦源1產(chǎn)生的泵浦光的波長(zhǎng)為 808nm ；泵浦端腔鏡131鍍有對(duì)808nm入射激光和1064nm入射激光高透、對(duì)1342nm入射激光和1. 52 μ m入射激光高反的介質(zhì)膜；激光增益介質(zhì)22上沿聚焦耦合系統(tǒng)12聚焦后的泵浦光光路的入射通光端面和出射通光端面分別鍍有對(duì)808nm入射激光、1064nm入射激光、 1342nm入射激光和1. 52 μ m入射激光高透的介質(zhì)膜；輸出鏡23鍍有對(duì)1064nm入射激光高透、對(duì)1342nm入射激光高反和對(duì)1. 52 μ m入射激光部分反射的介質(zhì)膜。本實(shí)用新型該實(shí)施例發(fā)出的固體激光器發(fā)出的超短脈沖激光可應(yīng)用于光通信領(lǐng)域、或用作超短脈沖激光放大器的種子源。本實(shí)用新型采用了摻稀土離子的釩酸鹽晶體作為諧振腔的工作介質(zhì)，該摻稀土離子的釩酸鹽晶體的前后兩個(gè)通光面中至少有一個(gè)不垂直于激光光路，在對(duì)入射激光產(chǎn)生受激拉曼散射效應(yīng)的同時(shí)，還可以通過克爾透鏡效應(yīng)或者可飽和拉曼增益對(duì)受激拉曼散射光脈沖的選擇，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的自鎖模，從而獲得具有超短脈沖的激光。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種自拉曼變頻自鎖模固體激光器，包括泵浦源和諧振腔，其特征在于所述諧振腔內(nèi)具有激光增益介質(zhì)，所述激光增益介質(zhì)為摻稀土離子的釩酸鹽晶體；所述激光增益介質(zhì)的前后兩個(gè)通光面中至少有一個(gè)不垂直于激光光路。
2.如權(quán)利要求1所述的自拉曼變頻自鎖模固體激光器，其特征在于所述諧振腔包括一泵浦端腔鏡和一輸出鏡；所述泵浦端腔鏡對(duì)泵浦光高透射、對(duì)基頻光和一階斯托克斯光高反射，所述輸出鏡對(duì)基頻光高反射、對(duì)一階斯托克斯光有透過率。
3.如權(quán)利要求1所述的自拉曼變頻自鎖模固體激光器，其特征在于所述諧振腔是直腔、三鏡折疊腔、Z型折疊腔或X型折疊腔。
4.如權(quán)利要求1所述的自拉曼變頻自鎖模固體激光器，其特征在于所述摻稀土離子的釩酸鹽晶體包括NchYVO4晶體、NdiGdVO4晶體、NdiLuVO4晶體、 Nd GdxY1-JO4 晶體、Nd LuxY1-JO4 晶體、Nd LuxGd1^VO4 晶體、％ YVO4 晶體、％ GdVO4 晶體或 Yb LuVO4 晶體。
5.如權(quán)利要求1所述的自拉曼變頻自鎖模固體激光器，其特征在于，所述泵浦源包括 激光二極管、光纖耦合輸出半導(dǎo)體激光系統(tǒng)或者其它激光光源。
6.如權(quán)利要求2所述的自拉曼變頻自鎖模固體激光器，其特征在于所述諧振腔的腔鏡為楔型鏡、平面鏡、平凸鏡或平凹鏡。
專利摘要本實(shí)用新型適用于激光器設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種以摻稀土離子釩酸鹽晶體作為激光增益介質(zhì)的自拉曼自鎖模固體激光器，包括泵浦源和諧振腔，所述諧振腔內(nèi)具有激光增益介質(zhì)，所述激光增益介質(zhì)為摻稀土離子的釩酸鹽晶體；所述激光增益介質(zhì)的前后兩個(gè)通光面不垂直于激光光路。由于激光介質(zhì)產(chǎn)生的基頻激光在諧振腔中振蕩的同時(shí)，通過自身的受激拉曼散射和自鎖模特性，轉(zhuǎn)變?yōu)橐浑A斯托克斯超短脈沖拉曼激光。本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、高效、高光束質(zhì)量、性能穩(wěn)定可靠、性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，可用于超短脈沖激光放大器的種子源、產(chǎn)生黃光等其它波長(zhǎng)超短脈沖激光等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01S3/16GK202276060SQ20112017517
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者于永芹, 杜晨林, 阮雙琛 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)