一種基于體布拉格光柵選模的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器的制造方法
【專利說明】一種基于體布拉格光柵選模的互易式増益光柵自適應(yīng)激光
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技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種使用體布拉格光柵改善光束質(zhì)量的增益光柵互易式自適應(yīng)激光器，通過采用體布拉格光柵對腔內(nèi)振蕩光方向和線寬進行選擇，并利用干涉產(chǎn)生的增益光柵進行激光光束時間空間特性的控制，屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來，高光束質(zhì)量、短脈沖、高能量激光器備受關(guān)注。在高功率激光系統(tǒng)中，熱畸變是影響光束質(zhì)量的重要因素。非線性光學(xué)相位共軛技術(shù)能夠修正相位畸變，維持高質(zhì)量光束。近些年來，在激光諧振腔內(nèi)，通過光波之間的相互作用形成干涉場，產(chǎn)生空間燒孔效應(yīng)，形成增益光柵，并產(chǎn)生相位共軛激光輸出，成為一個非常具有吸引力的研宄領(lǐng)域。
[0003]目前，基于增益光柵的自適應(yīng)激光器具有兩個主要的研宄方向:一個是非互易自適應(yīng)激光諧振腔，另一個是互易式自適應(yīng)激光諧振腔。
[0004]在非互易式自適應(yīng)激光諧振腔的研宄方面，采用了在腔內(nèi)加入非互易透射元件的方法，對順時針和逆時針方向的透射系數(shù)進行控制，同時調(diào)節(jié)衍射效率并補償π的相移，使產(chǎn)生的光柵具有較深的調(diào)制度。目前非互易式自適應(yīng)激光器可獲得脈沖能量100mJ、重復(fù)頻率100Hz、脈寬20ns、光光效率5.3 %的近衍射極限單縱模激光輸出(文獻 I, R.Soulard, A.Brignon, S.Raby, E.Durand, R.Moncorge, D1de-pumpedNd:YAG self-adaptive resonator with a high—gain amplifier operating at100Hz[J]，2012，Appl.Phys.B, 106:295-300)，雖然非互易式自適應(yīng)激光器已實現(xiàn)高光束質(zhì)量、單縱模、自調(diào)Q激光輸出，但仍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低的缺點。
[0005]在互易式自適應(yīng)激光諧振腔的研宄方面，互易式激光諧振腔采用自相交環(huán)形結(jié)構(gòu)，由光束相干產(chǎn)生干涉場，進一步形成動態(tài)增益光柵，由于系統(tǒng)中沒有非互易元件，因此該結(jié)構(gòu)與非互易式自適應(yīng)激光器相比具有高效率、結(jié)構(gòu)緊湊的優(yōu)勢。開環(huán)互易式自適應(yīng)激光器結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生脈沖能量10mJ，光-光轉(zhuǎn)換效率15%的激光輸出(文獻2，OlegN.Eremeykin and Oleg L.Antipov.Efficient continuous-wave generat1n in aself-organizing d1de-pumped Nd:YV041aser with a reciprocal dynamic holographiccavity [J], Opt.Lett.，2004，29(20):2390-2392)，閉環(huán)互易式自適應(yīng)激光器結(jié)構(gòu)已實現(xiàn)脈沖能量250mJ，重復(fù)頻率25Hz，光光轉(zhuǎn)換效率30%的激光輸出(文獻3，ff.Zendzian, J.K.Jabczynski, M.Kaskow.250mJ, self-adaptive,d1de-side-pumped Nd:YAG slablaser [J], Opt.Lett.，2012，37(13):2598-2600)，雖然國外研宄人員在自交叉結(jié)構(gòu)環(huán)形自適應(yīng)激光諧振腔的實驗研宄方面取得了極大的進展，但是仍未獲得類似于非互易自適應(yīng)激光器的單縱模、自調(diào)Q的激光輸出。
[0006]我們提出的基于體布拉格光柵的增益光柵互易式自適應(yīng)激光器，進一步提高了該結(jié)構(gòu)激光器的頻譜選擇特性，其角度選擇特性亦可控制振蕩光的模體積，在保持互易式結(jié)構(gòu)高效率特性的同時，獲得高光束質(zhì)量、單縱模、自調(diào)Q激光輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是補償熱畸變效應(yīng)，提高抗干擾能力，實現(xiàn)高光束質(zhì)量、單縱模、自調(diào)Q激光的輸出。本發(fā)明關(guān)鍵是通過采用體布拉格光柵對腔內(nèi)振蕩光方向和線寬進行選擇，對互易式激光器選模方式進行優(yōu)化。
[0008]本發(fā)明具體方案如下:
[0009]該裝置由泵浦源1、泵浦耦合系統(tǒng)2、激光增益介質(zhì)3、左側(cè)柱面鏡4-1、右側(cè)柱面鏡4-2、全反鏡-1 5、全反鏡組-1I 6和體布拉格光柵7組成。
[0010]泵浦源1、泵浦耦合系統(tǒng)2、激光增益介質(zhì)3、左側(cè)柱面鏡4-1、右側(cè)柱面鏡4-2、全反鏡-1 5、全反鏡組-1I 6、體布拉格光柵7的中心位于同一高度，泵浦耦合系統(tǒng)2位于激光增益介質(zhì)3和泵浦源I中間，其焦距滿足使得由泵浦源I發(fā)出的泵浦光能夠通過泵浦耦合系統(tǒng)2射入激光增益介質(zhì)3，并聚焦在激光增益介質(zhì)3下表面某處。
[0011 ]當(dāng)泵浦光通過泵浦耦合系統(tǒng)2進入激光增益介質(zhì)3，并在激光增益介質(zhì)3下表面聚焦，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光在激光增益介質(zhì)3中傳輸。自發(fā)輻射產(chǎn)生的光從激光增益介質(zhì)3的右側(cè)通過右側(cè)柱面鏡4-2，光束經(jīng)全反鏡組-1I 6中的下側(cè)全反鏡反射到上側(cè)全反鏡后，再次通過右側(cè)柱面鏡4-2后被聚焦到激光增益介質(zhì)3下表面，與上述泵浦光在激光增益介質(zhì)3的聚焦處相交并發(fā)生全反射。光束從激光增益介質(zhì)3的左側(cè)經(jīng)過左側(cè)柱面鏡4-1準(zhǔn)直后經(jīng)體布拉格光柵7反射。入射到體布拉格光柵7的光線到全反鏡-1 5并發(fā)生全反射，全反鏡-1 5反射的光通過體布拉格光柵7反射后經(jīng)左側(cè)柱面鏡4-1被壓縮，進入激光增益介質(zhì)3，交于上述泵浦光在激光增益介質(zhì)3的聚焦處并反射。反射光經(jīng)過右側(cè)柱面鏡4-2準(zhǔn)直后經(jīng)全反鏡組-1I 6中的上側(cè)全反鏡反射到下側(cè)全反鏡，再經(jīng)過右側(cè)柱面鏡4-2壓縮后交于上述泵浦光在激光增益介質(zhì)3的聚焦處；最后經(jīng)過左側(cè)柱面鏡4-1出射。
[0012]進一步，所述的泵浦源為單個半導(dǎo)體巴條或多個半導(dǎo)體堆棧；
[0013]進一步，所述的泵浦耦合系統(tǒng)2為柱透鏡；
[0014]進一步，所述的激光增益介質(zhì)3是Nd: YV04或Nd = YAG板條。
[0015]上述光束兩兩相交產(chǎn)生干涉場，在激光增益介質(zhì)3下表面產(chǎn)生增益光柵，對激光光束時間空間特性進行動態(tài)控制，體布拉格光柵7提高了系統(tǒng)的頻譜選擇性，實現(xiàn)了對輸出光束模式的選擇，從而獲得了高光束質(zhì)量、單縱模、自調(diào)Q相位共軛激光輸出。
[0016]本發(fā)明用全新的思路實現(xiàn)了增益光柵互易式自適應(yīng)激光器的優(yōu)化，相較于目前出現(xiàn)過的互易式自適應(yīng)激光器具有以下優(yōu)點:提高了系統(tǒng)的頻譜選擇特性，控制模體積；可獲得高光束質(zhì)量、單縱模、自調(diào)Q激光輸出；結(jié)構(gòu)緊湊簡單。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)俯視圖；
[0018]圖2是不含體布拉格光柵的系統(tǒng)俯視圖；
[0019]圖3是不含體布拉格光柵的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器輸出光譜圖；
[0020]圖4是基于體布拉格光柵的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器輸出光譜圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1所示，本實施例由泵浦源1、泵浦耦合系統(tǒng)2、激光增益介質(zhì)3、左側(cè)柱面鏡4-1、右側(cè)柱面鏡4-2、全反鏡-1 5、全反鏡組-1I 6、體布拉格光柵7組成。泵浦源1、泵浦耦合系統(tǒng)2、激光增益介質(zhì)3、左側(cè)柱面鏡4-1、右側(cè)柱面鏡4-2、全反鏡-1 5、全反鏡組-1I 6、體布拉格光柵7的中心位于同一高度，泵浦耦合系統(tǒng)2位于激光增益介質(zhì)3和泵浦源I中間，其焦距滿足使得由泵浦源I發(fā)出的泵浦光能夠通過泵浦耦合系統(tǒng)2射入激光增益介質(zhì)3，并聚焦在激光增益介質(zhì)3表面某處，左側(cè)柱面鏡4-1、右側(cè)柱面鏡4-2分別位于激光增益介質(zhì)3的兩側(cè)，保證光束能夠從全反鏡組-1I 6或體布拉格光柵7上通過左側(cè)柱面鏡4-1和右側(cè)柱面鏡4-2聚焦進入激光增益介質(zhì)3的下表面，且光束能入射到上述泵浦光在激光增益介質(zhì)3中聚焦處。由激光增益介質(zhì)3出射的光線經(jīng)過體布拉格光柵7反射到全反鏡-1 5上，體布拉格光柵7為反射式體布拉格光柵，入射光和出射光間形成的夾角和頻譜由體布拉格光柵7指定，其它角度和頻譜的光被濾掉；全反鏡組-1I 6由兩片45度全反鏡構(gòu)成，兩片全反鏡的夾角略小于90° (70°?90° )，保證經(jīng)右側(cè)柱面鏡4-2的光線能夠通過全反鏡組-1I 6反射后，再經(jīng)右側(cè)柱面鏡4-2返回到上述泵浦光在激光增益介質(zhì)3所聚焦的位置上。
[0022]在基于體布拉格光柵的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器中，由于體布拉格光柵7的特性，反射以滿足布拉格角度入射體布拉格光柵7的光線到全反鏡-1 5，實現(xiàn)了對輸出光束模式的選擇，從而獲得了高光束質(zhì)量、單縱模、自調(diào)Q的激光輸出。
[0023]不含體布拉格光柵的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器輸出激光的縱模如圖3所不，在同一條件下，對基于體布拉格光柵的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器在遠(yuǎn)場同一位置的輸出進行測量，結(jié)果如圖4所示。可以看出，基于體布拉格光柵的互易式增益光柵激光諧振腔具有模式選擇特性，具有一定的調(diào)制深度，明顯減小了縱模數(shù)量。
【主權(quán)項】
1.一種基于體布拉格光柵選模的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器，其特征在于: 該裝置由泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、左側(cè)柱面鏡、右側(cè)柱面鏡、全反鏡-1、全反鏡組-1I和體布拉格光柵組成； 泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、左側(cè)柱面鏡、右側(cè)柱面鏡、全反鏡-1、全反鏡組-1I和體布拉格光柵的中心位于同一高度，泵浦耦合系統(tǒng)位于激光增益介質(zhì)和泵浦源中間，其焦距滿足使得由泵浦源I發(fā)出的泵浦光能夠通過泵浦耦合系統(tǒng)射入激光增益介質(zhì)，并聚焦在激光增益介質(zhì)下表面某處； 當(dāng)泵浦光通過泵浦耦合系統(tǒng)進入激光增益介質(zhì)，并在激光增益介質(zhì)下表面聚焦，自發(fā)輻射產(chǎn)生的光在激光增益介質(zhì)中傳輸；自發(fā)輻射產(chǎn)生的光從激光增益介質(zhì)的右側(cè)通過右側(cè)柱面鏡，光束經(jīng)全反鏡組-1I中的下側(cè)全反鏡反射到上側(cè)全反鏡后，再次通過右側(cè)柱面鏡后被聚焦到激光增益介質(zhì)下表面，與上述泵浦光在激光增益介質(zhì)的聚焦處相交并發(fā)生全反射；光束從激光增益介質(zhì)的左側(cè)經(jīng)過左側(cè)柱面鏡準(zhǔn)直后經(jīng)體布拉格光柵反射；入射到體布拉格光柵的光線到全反鏡-1并發(fā)生全反射，全反鏡-1反射的光通過體布拉格光柵反射后經(jīng)左側(cè)柱面鏡被壓縮，進入激光增益介質(zhì)，交于上述泵浦光在激光增益介質(zhì)的聚焦處并反射；反射光經(jīng)過右側(cè)柱面鏡準(zhǔn)直后經(jīng)全反鏡組-1I中的上側(cè)全反鏡反射到下側(cè)全反鏡，再經(jīng)過右側(cè)柱面鏡壓縮后交于上述泵浦光在激光增益介質(zhì)的聚焦處；最后經(jīng)過左側(cè)柱面鏡出射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于:所述的泵浦源為單個半導(dǎo)體巴條或多個半導(dǎo)體堆棧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，所述的泵浦耦合系統(tǒng)為柱透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，所述的激光增益介質(zhì)是Nd:YVO 4或Nd: YAG板條。
【專利摘要】一種基于體布拉格光柵選模的互易式增益光柵自適應(yīng)激光器，利用干涉產(chǎn)生的增益光柵進行激光光束時間空間特性的動態(tài)控制，并通過體布拉格光柵對腔內(nèi)振蕩光角度和線寬進行選擇，并屬于激光領(lǐng)域。由泵浦源、泵浦耦合系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、柱面鏡、全反鏡-Ⅰ、全反鏡組-Ⅱ、體布拉格光柵組成。本發(fā)明具有以下優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊簡單；提高了系統(tǒng)的頻譜選擇特性，控制模體積；可獲得高光束質(zhì)量激光輸出。
【IPC分類】H01S3-10, H01S3-11
【公開號】CN104638507
【申請?zhí)枴緾N201510065408
【發(fā)明人】李強, 程秋桐, 于灝洋, 惠勇凌, 姜夢華, 雷訇
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年2月8日