新型雙晶體串接雙波長激光器的制造方法
【專利摘要】一種新型雙晶體串接雙波長激光器，同時同光路輸出σ偏振的波長一和π偏振的波長二雙波長激光，涉及光電子器件領(lǐng)域，尤其涉及全固態(tài)雙波長激光器領(lǐng)域。該激光器主要包括各向異性激光晶體；用于激光晶體產(chǎn)生反轉(zhuǎn)粒子數(shù)的抽運源；實現(xiàn)雙波長振蕩的雙波長激光諧振腔。新型正交偏振雙波長激光器作為一種新型的激光光源，解決了高轉(zhuǎn)換效率，高光束質(zhì)量線偏振雙波長激光輸出的技術(shù)難點，為獲得高功率、高相干太赫茲輻射提供了新的技術(shù)途徑，拓展了正交偏振雙波長激光的應(yīng)用，并在激光通信等領(lǐng)域獲得廣泛的市場應(yīng)用前景。
【專利說明】新型雙晶體串接雙波長激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為一種新型雙波長激光器，實現(xiàn)輸出雙波長偏振態(tài)為正交偏振的固體雙波長激光器，屬于光電子器件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]固體雙波長激光器在光計算，激光遙感，非線性晶體頻率變換以及共振全息干涉等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，特別是利用非線性頻率變換技術(shù)，在線偏振雙波長激光器后端進行差頻，實現(xiàn)太赫茲輻射，近年來受到國內(nèi)外研究人員廣泛關(guān)注。如利用Nd:YAG實現(xiàn)1319nm/1338nm雙波長激光輸出，后端利用DAST等非線性晶體，實現(xiàn)3.23THz的太赫茲輻射，已經(jīng)取得了重大研究成果。因此，固體雙波長激光技術(shù)的研究已經(jīng)逐漸成為國內(nèi)外較為熱門的研究課題。
[0003]太赫茲波的產(chǎn)生主要有光學(xué)方法和電學(xué)方法兩種。利用雙波長激光經(jīng)過差頻過程產(chǎn)生太赫茲輻射的最大優(yōu)點是沒有閾值，結(jié)構(gòu)緊湊，可以產(chǎn)生較高功率的太赫茲波輻射，是一種理想的實現(xiàn)太赫茲輻射的方法。
[0004]目前，利用差頻方法實現(xiàn)太赫茲波輻射的關(guān)鍵技術(shù)之一是實現(xiàn)高功率高轉(zhuǎn)換效率太赫茲輻射，從而更好地應(yīng)用于實際生產(chǎn)當中。
[0005]然而目前利用NchYAG晶體實現(xiàn)的1319nm/1338nm雙波長激光，通過差頻方法獲得太赫茲輻射的方法，無論雙波長激光起偏與否，都會得到659.5nm和669nm的倍步頁 光(H.Y.Zhu, G.Zhang, C.H.Huang, Y.Wei, L.X.Huang, A.H.Li and Z.Q.Chen.“1318.8nm/1338.2 nm simultaneous dual-wavelength Q-switched Nd:YAG laser，，，App1.Phys.B, 90(2008)451-454)。因此，如何提高頻率變換效率及變頻光的光譜純度，是固體雙波長激光器通過差頻方法獲得太赫茲輻射過程中亟需解決的問題。為此，我們提出了一種能實現(xiàn)偏振方向正交雙波長激光的方法，頻率變換是采用II類匹配，各偏振分量均能充分參與到差頻過程中，可以有效提高頻率轉(zhuǎn)換效率，而且很大程度上提高光譜純度。
[0006]目前國內(nèi)外對于能實現(xiàn)正交偏振雙波長激光同時同軸輸出的研究報道，主要有如下兩種:第一種是通過頻率分裂技術(shù)實現(xiàn)同一波長內(nèi)的大頻差正交偏振雙波長激光的研究；第二種是在激光諧振腔內(nèi)加入起偏裝置，以折疊腔或者復(fù)合腔的形式，對同一種晶體的兩種輸出波長分別振蕩，最終實現(xiàn)雙波長輸出。利用前者方法實現(xiàn)的雙波長激光器其缺點是受增益線寬限制，所獲得的正交偏振雙波長激光的頻差最多只能達到固體激光器增益線寬的極限；而利用后者方法實現(xiàn)的雙波長激光主要缺點為激光諧振腔對抽運光的利用率較為低下，加入起偏裝置時，只能保證一種激光的振蕩，會對另外一種激光有損耗效果，使得輸出的雙波長激光功率較低，而且，諧振腔內(nèi)激光晶體在抽運源的作用下，靠近抽運源的一偵榀體溫度會比遠離抽運源一側(cè)的晶體溫度高，從而產(chǎn)生激光晶體軸向溫度的梯度和應(yīng)變分布不均勻，產(chǎn)生比較明顯的激光晶體熱透鏡效應(yīng)，增大腔內(nèi)損耗，諧振腔的抽運光-激光轉(zhuǎn)換效率低，同時輸出激光的光束質(zhì)量也會有所降低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明創(chuàng)新點在于利用晶體不同光軸對吸收注入光偏振特性的不同，從而設(shè)計分別吸收抽運光π偏振和σ偏振態(tài)的雙棒串接方法實現(xiàn)對抽運光的高效利用的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，合理設(shè)計諧振腔的腔型和偏振控制，設(shè)計了一種新型雙晶體串接雙波長激光器，在一臺激光器上同時同光路實現(xiàn)偏振方向為31偏振的波長一和0偏振的波長二的雙波長激光，可以實現(xiàn)高光光轉(zhuǎn)換效率的同時，補償激光晶體軸向溫度梯度和應(yīng)變分布梯度，從而在實現(xiàn)低腔內(nèi)損耗的同時，輸出高光束質(zhì)量的激光。
[0008]這種新型雙晶體串接雙波長激光器采用各向非同性晶體，利用不同光軸對于抽運光吸收的偏振特性不同，采用兩塊抽運波長相同激光晶體串接的方式，實現(xiàn)雙波長激光輸出。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，采用兩塊抽運波長相同激光晶體串接的方式實現(xiàn)雙晶體串接雙波長輸出，從而實現(xiàn)兩種波長的雙波長同軸輸出，在激光諧振腔的設(shè)計上，采用雙端抽運結(jié)構(gòu)，減小晶體溫度梯度，使晶體內(nèi)軸向溫度梯度和應(yīng)變分布趨于均勻化，有效抑制激光晶體的熱透鏡效應(yīng)，實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率，高光束質(zhì)量的雙波長激光輸出。
[0010]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
1.新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:該激光器包括各向異性的激光晶體；激活離子躍遷后在諧振腔內(nèi)發(fā)射實現(xiàn)偏振方向為H偏振的波長一和σ偏振的雙波長激光；以及激光裝置的冷卻系統(tǒng)。
[0011]2.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的光學(xué)諧振腔為折疊腔，由全反鏡(3)和輸出鏡(7)組成；諧振腔全反射鏡(3)鍍波長一和波長二的全反介質(zhì)膜和抽運光的高透膜；諧振腔輸出鏡(7)鍍波長一和波長二的部分透過膜；分光元件
(6)鍍波長一和波長二的全反射膜；π偏振的波長一和σ偏振的波長二雙波長激光同時在折疊腔內(nèi)振蕩；31偏振的波長一和0偏振的波長二雙波長激光均由輸出鏡(7)同光路輸出。
[0012]3.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的各向異性激光晶體(4)和(5)為Nd:YLF，Nd:GdV04，Nd = YVO4等具有對不同光軸偏振吸收特性不同的晶體。
[0013]4.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的抽運源可以是連續(xù)或脈沖激光二極管。
[0014]5.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的抽運方式為兩個激光二極管采用雙端抽運方式，端面抽運激光晶體。
[0015]6.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:激光諧振腔內(nèi)和激光諧振腔外可以放置非線性激光晶體，實現(xiàn)和頻或差頻激光輸出。
[0016]7.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:激光諧振腔內(nèi)可以加入調(diào)Q和鎖模器件，例如利用一種RTP電光調(diào)Q裝置實現(xiàn)高單脈沖能量的脈沖輸出雙波長激光等，實現(xiàn)調(diào)Q和鎖模效果。
[0017]8.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:激光諧振腔外可以加入功率放大器，實現(xiàn)功率放大效果。
[0018]9.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:抽運光經(jīng)過激光晶體之后產(chǎn)生的熱量需要采用相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)進行控溫。
[0019]采用這種設(shè)計，同時在一臺激光器內(nèi)實現(xiàn)兩種不同波長的雙波長激光，相比于兩個單波長激光器，這種設(shè)計的優(yōu)點在于:(I)利用晶體不同切割軸吸收偏振特性不同，激光晶體分別對抽運光的H偏振和σ偏振光進行吸收，相比其他實現(xiàn)雙波長激光方法，提高對抽運光利用率，從而提高抽運光-激光轉(zhuǎn)換效率；(2)雙端抽運結(jié)構(gòu)可以補償晶體軸向溫度梯度和應(yīng)力分布不均勻，從而減小熱透鏡效應(yīng)，減小諧振腔內(nèi)的損耗，同時可以提高激光器的穩(wěn)定性和提高輸出激光的光束質(zhì)量；(3)僅采用一套冷卻系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)相對簡單；(4)可以輸出相近波長的雙波長激光，后端利用非線性頻率變換(差頻)技術(shù)，可以實現(xiàn)太赫茲輻射。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖為新型雙晶體串接雙波長激光器裝置的示意圖:1，激光二極管抽運源；2.抽運光稱合系統(tǒng)；3.全反射鏡；4.激光晶體一 ；5.激光晶體二 ；6.分光鏡；7.輸出稱合鏡。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明，圖中:
I為抽運源，包括抽運光源及其驅(qū)動電源，可以是激光二極管，利用光纖端面抽運的方式進行抽運光輸出。
[0022]2為稱合透鏡組，對抽運光束起稱合作用。
[0023]3為全反鏡， 對抽運光鍍有高透過率膜，對雙波長激光的兩種波長鍍有全反射膜。
[0024]4為激光晶體一，如Nd:YLF，采用a軸切割方式，吸收抽運光的π偏振方向光，在諧振腔內(nèi)實現(xiàn)波長一激光振蕩。
[0025]5為激光晶體二，如Nd:YLF，采用c軸切割方式，吸收抽運光的σ偏振方向光，在諧振腔內(nèi)實現(xiàn)波長二激光振蕩。
[0026]6為分光鏡，鍍有對抽運光高透過濾膜，對雙波長的波長一和波長二鍍有高反射率膜。
[0027]7為輸出耦合鏡，鍍有對雙波長的波長一和波長二的部分透過率膜。
[0028]下面以a軸切割的Nd = YLF激光晶體實現(xiàn)π偏振的1047nm波長一的Nd = YLF激光晶體作為器件(4)，c軸切割實現(xiàn)σ偏振的1053nm波長二作為器件(5)，為例說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0029]若要實現(xiàn)π偏振的1047nm波長一和σ偏振的1053nm波長二雙波長激光同時輸出，全反射鏡(3)鍍對1047nm和1053nm的全反射膜。激光晶體一(4)采用a軸切割，激光晶體二(5)采用c軸切割，激光晶體一(4)和激光晶體二(5)鍍對抽運光796nm的高透過率膜及對波長一 1047nm和波長二 1053nm的高透過率膜。分光鏡(6)鍍有對抽運光796nm的高透過率膜和對波長一 1047nm和波長二 1053nm的高反射率膜。輸出鏡(7)鍍有對波長一1047nm和波長二 1053nm的部分透過率膜和對抽運光796nm的全反射膜。抽運系統(tǒng)(I)采用796nm激光二極管端面抽運。激光晶體一吸收抽運光的π偏振光，產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)1047nm激光振湯，激光晶體二吸收抽運光的σ偏振光，實現(xiàn)1053nm激光振湯，最終π偏振的1047nm和σ偏振的1053nm的雙波長激光在諧振腔輸出I禹合鏡(7)處同時同光路輸出。[0030]如需產(chǎn)生ns或ps級正交偏振同光路輸出的雙波長激光，在腔內(nèi)加入輸出激光波長相應(yīng)波段的調(diào)Q或者鎖模元件即可。如需實現(xiàn)雙波長激光的和頻或者差頻光，在輸出的雙波長激光后端加入非線性光學(xué)晶體以實現(xiàn)非線性頻率變換效應(yīng)，即可實現(xiàn)和頻或者差頻等非線性光學(xué)效應(yīng)。如需再次提高輸出的雙波長激光的光功率，在輸出的雙波長激光后端可以加入功率放大裝置，按照設(shè)計者的需求，加入合適的功率放大級數(shù)實現(xiàn)放大的倍率。
【權(quán)利要求】
1.新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:該激光器包括各向異性的激光晶體；激活離子躍遷后在諧振腔內(nèi)發(fā)射實現(xiàn)偏振方向為H偏振的波長一和σ偏振的雙波長激光；抽運源，激光諧振腔以及激光裝置的溫控系統(tǒng)。
2.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的光學(xué)諧振腔為折疊腔，由全反鏡(3)和輸出鏡(7)組成；諧振腔全反射鏡(3)鍍對波長一和波長二的全反的介質(zhì)膜和對抽運光的高透膜；諧振腔輸出鏡(7)鍍對波長一和波長二的部分透過膜；分光兀件(6)鍍對波長一和波長二的全反射膜；π偏振的波長一和σ偏振的波長二雙波長激光同時在折疊腔內(nèi)振蕩偏振的波長一和σ偏振的波長二雙波長激光均由輸出鏡(7)雙波長同向同光路輸出。
3.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的各向異性的激光晶體一⑷和激光晶體二(5)為Nd: YLF，Nd:GdV04，Nd = YVO4等晶體，且激光晶體一和激光晶體二具有相同波長不同偏振方向的抽運光源波長。
4.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的抽運源可以選用能連續(xù)輸出或者脈沖輸出的激光二極管。
5.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:所述的抽運方式為兩個激光二極管采用雙端端面抽運方式。
6.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:激光諧振腔內(nèi)和激光諧振腔外可以放置非線性激光晶體，實現(xiàn)和頻或差頻等非線性光學(xué)效應(yīng)。
7.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:激光諧振腔內(nèi)可以加入調(diào)Q和鎖模器件，實現(xiàn)調(diào)Q和鎖模效果。
8.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:激光諧振腔外可以加入功率放大器,實現(xiàn)功率放大效果。
9.如項I所述的新型雙晶體串接雙波長激光器，其特征在于:抽運光經(jīng)過激光晶體之后產(chǎn)生的熱量需要采用相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)進行控溫。
【文檔編號】H01S1/00GK103944040SQ201410117018
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月27日
【發(fā)明者】金光勇, 于凱, 吳春婷, 陳薪羽, 王超, 于永吉 申請人:長春理工大學(xué)