CN101330193A - 一种单纵模激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种由双折射晶体组构成的单纵模激光器。本发明的一种单纵模激光器，包括泵浦光源、光学耦合系统、激光增益介质、谐振腔。更具体的，所述的谐振腔包括一组或多组双折射晶体组、二片1/4波片、一组起偏器；所述的每一组双折射晶体光轴相互垂直和平等并保持任一光轴方向偏振光程相等，并设置于二片1/4波片之间，所述的起偏器设置于1/4波片后。

Description

一种单纵模激光器

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种由双折射晶体组构成的单纵模激光器。

背景技术

在单纵模激光器领域，人们已提出获得单纵模输出激光器的几种腔结构，如双折射滤波片法，扭摆模法，短腔吸收法，环行腔法等。其中扭摆模法原理图见图1，扭摆膜腔法是基于消去激光增益介质中的空间烧孔效应方法。图1中，M1，M2，1/4波片，P1，P2增益介质Nd:YAG和起偏器BP组成。P1，P2快轴相互垂直，并与起偏器偏振方向成45度角。P1外入射线偏光通过P1后变成或圆偏振光通过P2后变成线偏振光，经过M2反射再次经过P2线偏光又变成圆偏光，因此在增益介质中两方向的圆偏光叠加后，增益介质内的光强为4E2COS2(wt-k1)，从而可知在增益介质内光强与Z方向无关，能量均匀分布，因此不存在空间烧空效应，激光器可以单纵模运作。

图2为一种改进型结构，利用对KTP的温控使它对基频起到1/4波片作用。采用V型腔结构提高输出光的功率。但到目前为止，扭摆膜腔法多应用于各向同性的增益介质中。

因此本发明提出应用双折射晶体介质，它采用短腔与扭摆模法混合可以使较低泵浦功率和较短腔中获得单纵模输出。

发明内容

为实现此目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的一种单纵模激光器，包括泵浦光源、光学耦合系统、激光增益介质、谐振腔。更具体的，所述的谐振腔包括一组或多组、二片1/4波片、一组起偏器；所述的每一组双折射晶体光轴相互垂直和平等并保持任一光轴方向偏振光程相等，并设置于二片1/4波片之间，所述的起偏器设置于1/4波片后。

进一步的，所述的双折射晶体组是激光增益介质，倍频晶体或其他折射率与晶体厚度均为温度的函数的光学元件，在相当的温度满足其函数满足 $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{\ΔniLi}=0.$

更进一步的，所述的多组双折射晶体组每组可以是等厚光轴相同的同一种光学双折射晶体。

若如上所述的双折射晶体是选用对π与σ方向增益相差较大的双折射晶体增益介质时，可以在谐振腔中设置起偏器，亦可以不设置起偏器。

进一步的，所述的起偏器可以是布儒斯特片、PBS棱镜、work-off晶体、双折射晶体楔角或楔角对。

进一步的，还可以在所述的谐振腔加入其他光学元件，如倍频晶体、标准具，所述的倍频晶体可以设置于两个1/4波片之间，亦可设置于非两1/4波片之间的起偏器与输出腔镜之间。

进一步的，还可以在起偏器与输出腔镜之间设置一双折射晶体波片调节激光波长。

通过上述技术方案，本发明实现了在两片1/4波片之间有两片或两片以上的通光方向光轴相互正交的双折射晶体，构成垂直通光方向上两个光轴总光程相等或近似相等光学元件组，构成单纵模输出的基波或倍频光输出的单纵模激光器。提供了与常规单纵模激光器不同的另一种结构的单纵模激光器。

附图说明

图1采用扭摆模法原理的单纵模激光器的谐振腔结构示意图；

图2采用扭摆模法原理的单纵模激光器的谐振腔的改进型结构示意图；

图3本发明的单纵模激光器的谐振腔结构示意图。

具体实施方式

本发明的一种单纵模激光器，包括泵浦光源、光学耦合系统、激光增益介质、谐振腔。更具体的，所述的谐振腔包括一组或多组双折射晶体组、二片1/4波片、一组起偏器；所述的每一组双折射晶体光轴相互垂直和平等并保持任一光轴方向偏振光程相等，并设置于二片1/4波片之间，所述的起偏器设置于1/4波片后。

如图3所示，201、207为激光腔镜，202、205为光轴相互垂直的1/4波片，206为起偏器，如布儒斯特片、双折射晶体楔角片或楔角对、PBS棱镜、work-off晶体等起偏光学元件，起偏器(206)起偏方向与1/4波片(202、205)光轴呈45°或45°附近。203为第一双折射晶体激光增益介质，204为另一双折射晶体，即第二双折射晶体激光增益介质，第一双折射晶体(203)与第二双折射晶体(204)光轴相互垂直。208为其它光学原件，如倍频晶体。

设第一双折射晶体(203)厚为L1，折射率为n01，ne1，折射率差值为Δn1，第二双折射晶体(204)厚度为L2，折射率为n02，ne2，折射率差值为Δn2，则平行第一双折射晶体(203)光轴的偏光通过第一双折射晶体(203)、第二双折射晶体(204)的光程为：ne1L1+no2L2；垂直第一双折射晶体(203)光轴的光程为：ne1L1+no2L2。本发明工作原理是要求：ne1L1+no2L2＝no1L1+ne2L2，即(no1-ne1)L1＝(no2-ne2)L2，Δn1L1＝Δn2L2。即两双折射晶体双折射光程差值相等，若两波片之间有多组双折射晶体，则要求每组光轴相互之间平行和垂直的双折射晶体均满足 $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\mathrm{\ΔniLi}=0.$

这样两波片之间双折射晶体等效均匀光学介质。

本专利两1/4波片之间可以包含均匀介质与双折射晶体。

本专利所述两1/4波片之间双折射晶体可以是激光增益介质，倍频晶体或其它性质光学元件由于折射率与晶体厚度均为温度的函数，若使： $\underset{i}{\mathrm{\Σ}}\frac{d}{\mathrm{dt}}\mathrm{\ΔniLi}=0$

即在相当温度范围保证： $\mathrm{\Σ\ΔniLi}=0.$

则最简单方法是采用等厚同一种材料双折射晶体光轴相互垂直。如激光增益介质为Nd:YVO4，可采用两片严格等厚Nd:YVO4光轴相互正交；若采用双折射晶体倍频晶体则可采用一组等厚倍频晶体，置于两个1/4波片之间。

对于双折射晶体激光增益介质π方向与σ方向增益相差较大情况下，图3结构中起偏器(206)可以省去。

对于用于腔内倍频激光器，倍频晶体可以放在两个1/4波片之间，亦可以放在起偏器(206)与腔镜片(207)之间，即在图中208位置上。若208为双折射晶体波片，且光轴与起偏器在一定夹角，可转动双折射晶体波片(208)调节激光腔输出波长。

Claims (7)

1、一种单纵模激光器，包括泵浦光源、光学耦合系统、激光增益介质、谐振腔，其特征在于：所述的谐振腔包括一组或多组双折射晶体组、二片1/4波片、一组起偏器；所述的每一组双折射晶体光轴相互垂直和平等并保持任一光轴方向偏振光程相等，并设置于二片1/4波片之间，所述的起偏器设置于1/4波片后。

2、如权利要求1所述的单纵模激光器，其特征在于：所述的双折射晶体组是激光增益介质，倍频晶体或其他折射率与晶体厚度均为温度的函数的光学元件。

3、如权利要求2所述的单纵模激光器，其特征在于：所述的多组双折射晶体组的每组可以是等厚光轴相同的同一种光学双折射晶体。

4、如权利要求1所述的单纵模激光器，其特征在于：所述的起偏器可以是布儒斯特片、PBS棱镜、work-off晶体、双折射晶体楔角或楔角对。

5、如权利要求1所述的单纵模激光器，其特征在于：还可以在所述的谐振腔加入其他光学元件，如倍频晶体、标准具，所述的倍频晶体可以设置于两个1/4波片之间，亦可设置于非两1/4波片之间的起偏器与输出腔镜之间。

6、如权利要求1-3任一所述的单纵模激光器，其特征在于：选用的双折射晶体是对π与σ方向增益相差较大的双折射晶体增益介质时，可以在谐振腔中设置起偏器，亦可以不设置起偏器。

7、如权利要求1所述的单纵模激光器，其特征在于：可以在起偏器与输出腔镜之间设置一双折射晶体波片调节激光波长。

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