CN101697398A - 主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器 - Google Patents
主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供的是一种主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器。激光二极管(1)输出经过耦合透镜组(2)并通过平凹镜(3)进入激光晶体(4)内，平凹镜(3)和平面输出镜(7)构成主谐振腔，在谐振腔内插入两个固体标准具(5、6)；激光二极管(13，19)输出经过耦合透镜组(14、18)，再经过两个平面镜(15、17)聚焦到激光晶体(16)内，从激光器的谐振腔由平凹镜(10)和平面镜(7、15、17)构成，在谐振腔内加入隔离器(11)和二分之一波片(12)。本发明主激光器与从激光器共用一个输出镜，使得主激光器输出的单频种子光全部注入到从激光器的环形腔中，实现种子光的高效注入，最终确保从激光器的单频脉冲输出。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种激光技术领域的器件，具体是一种激光二极管端面泵浦主从激光器共用输出镜的种子光注入2μm Tm，Ho:YLF单频脉冲激光器。
背景技术
注入锁定是指用一束性能优良的弱激光束控制一个强激光器输出光束的光谱特性、模式相位特性及空间特性的现象。一个低功率激光器可以在腔内插入光谱选择元件使线宽得到压缩，从而获得窄线宽、单模运行、频率稳定的激光；而高功率激光器则往往线宽较宽、多模运行且频率不稳定，利用注入锁定技术，则可以由一个低功率的激光器来控制高功率的激光器，从而获得窄线宽、单纵模的高功率输出。通常把提供注入种子信号的激光器称为主激光器，而称接受种子信号的激光器称为从激光器。设注入信号的频率为ωi，从激光器中离注入信号最近的纵模频率为ωc，当注入种子信号进入从激光器时，Q开关打开，注入信号和从激光器本身的本征模都要形成振荡，如果注入信号的线宽足够窄，比从激光器的纵模间隔小得多，则最靠近注入信号的纵模受到激发与之发生共振，就可以比其它纵模先达到饱和而从增益介质中提取能量得到放大，而不受注入信号场影响的其它纵模仍然从自发辐射噪声开始起振。由于注入信号场强度比噪声场强度大得多，因此ωc模首先形成振荡，从而导致增益系数下降，此时由于均匀加宽介质模式竞争机制，其它纵模就被抑制，最终保证了从激光器的单纵模输出。
以往的注入锁定激光器，主激光器和从激光器是两个独立的激光器，为了避免种子光反馈回主激光器的腔内，种子光要经过隔离器由从激光器的输出镜注入到从激光器的谐振腔内，由于从激光器的输出镜对种子光是部分透射的，因此只有部分种子光可以经由从激光器的输出镜进入到从激光器的谐振腔内，因此注入效率必然降低。而本发明提出了主激光器和从激光器共用一个输出镜，因此主激光器输出的种子光可以完全注入到从激光器的谐振腔内，从而提高了种子光注入效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种体积小、结构简单、成本更低、种子光注入效率更高的主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器。
本发明的目的是这样实现的：
对主激光器，作为泵浦源的第一激光二极管1输出的抽运光经过耦合透镜组2的整形、聚焦后进入第一铥钬共掺氟化钇锂晶体4为其提供泵浦能量，平凹镜3和平面输出镜7构成谐振腔，在谐振腔内插入两个固体标准具5、6；对从激光器，作为泵浦源的的第二和第三激光二极管13、19的泵浦光束经过耦合透镜组14、18的光束整形后，通过两个平面镜15、17聚焦到第二铥钬共掺氟化钇锂晶体16内为其提供泵浦能量，在输出镜7和平凹镜10之间设置一个布鲁斯特角声光Q开关9，在平面镜7、15之间放置会聚透镜8、隔离器11以及二分之一波片12。
本发明还可以包括：
1、所述第一铥钬共掺氟化钇锂晶体4的厚度为2.5mm。
2、所述平凹镜3的内外表面镀有792nm的增透膜，凹面镀有2μm全反膜。
3、所述固体标准具5、6中的一个厚1mm、镀40％的2μm反射膜，另一个厚100μm、不镀膜。
4、所述的平面输出镜7对波长为2.06μm的光的透过率为2％-10％。
5、所述铥钬共掺氟化钇锂晶体的切割方向为沿物理学定义的a轴方向，第一铥钬共掺氟化钇锂晶体4长为2.5mm，第二铥钬共掺氟化钇锂晶体16长为5～10mm。
6、第一铥钬共掺氟化钇锂晶体4和第二铥钬共掺氟化钇锂晶体15的两个端面均镀有对波长792nm和2.06μm的光增透的膜。
本发明中，第一泵浦源主要为主激光器腔内的激光晶体提供泵浦能量，首先调整好谐振腔参数，使激光器有较高的效率，同时保障主激光器输出激光的空间模式为光束质量优良的基横模。然后，在激光谐振腔内插入两个固体法布里-珀罗(F-P)标准具，其中一个厚1mm，镀40％的2μm反射膜，另一个厚100μm，没有镀膜，达到选模和调频的目的。
本发明中，第二和第三泵浦源为光纤耦合激光二极管，经过光束整形后，抽运光通过两个对792nm的抽运光高透、对2μm激光高反的平面镜聚焦到晶体的两个端面，晶体是长为5～10mm，直径为3mm的6％Tm，0.5％Ho:YLF晶体，晶体被固定在一块热电制冷的热沉上，使晶体稳定到某一恒定的温度上。通过对会聚透镜和凹面镜参数的优化，实现种子光与四镜环形腔模式的匹配，达到最佳的种子光注入锁定效果，以确保调Q从激光器的窄线宽、单频输出。在输出镜和球面反射镜之间放置一个布鲁斯特角声光Q开关，实现激光器的脉冲输出。为了保证环形激光器的单向运转，在环形腔内加入了2μm激光的隔离器和二分之一波片，此隔离器同时起到了避免2μm激光返回种子激光器内的作用。
本发明提供了一种全新的激光二极管端面泵浦主从激光器共用输出镜的种子光注入锁定Tm，Ho:YLF单频脉冲激光器，相比于传统的主激光器与从激光器分离情况，主从激光器共用一个输出镜实现种子光注入锁定的方案，少用了一个输出镜，同时主激光器输出的种子光可以完全注入到从激光器的谐振腔内，因此该激光器的体积更小、结构更加简单、成本更低、种子光注入的效率更高。
附图说明
图1是本发明激光器光路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1，本实施方式的组成包括：激光二极管第一泵浦源1、耦合透镜组2、主激光器后腔镜3、a轴切割厚度为2.5mm的铥钬共掺氟化镱锂(Tm，Ho:YLF)激光晶体4、厚1mm的固体法布里-珀罗(F-P)标准具5、厚100μm的固体法布里-珀罗(F-P)标准具6、共用输出镜7、模式匹配会聚透镜8、声光Q开关9、平凹镜10、光学隔离器11、二分之一波片12、第二泵浦源光纤耦合激光二极管13、耦合透镜组14、平面反射镜15、a轴切割厚度为5～10mm的铥钬共掺氟化镱锂(Tm，Ho:YLF)激光晶体16、平面反射镜17、耦合透镜组18、第三泵浦源光纤耦合激光二极管19。
所述主从激光器共用一个输出镜，输出镜对波长为2.06μm的光的透过率为2％-10％。
所述的激光二极管端面泵浦源是792nm端面泵浦源。
所述的Tm，Ho:YLF激光晶体的切割方向为沿物理学定义的a轴方向，其中主激光器的Tm，Ho:YLF激光晶体长为2.5mm，从激光器中的Tm，Ho:YLF激光晶体长为5～10mm，晶体的掺杂浓度为6％Tm3+m，0.4％Ho3+。
所述的Tm，Ho:YLF激光晶体的两个端面均镀有对波长792nm和2.06μm光的增透膜。
所述的主激光器的频率由两个法布里-珀罗(F-P)标准具来选频和调谐。
所述的从激光器内的Tm，Ho:YLF激光晶体的两端由输出波长为792nm的光纤耦合激光二极管进行泵浦。
所述的激光器为单频脉冲输出，其输出波长为2.06μm。
本实施例中，对于主激光器，第一泵浦源激光二极管1输出波长为792nm的泵浦光束经过耦合透镜组2的整形后，再经过平凹透镜3聚焦到主激光器腔内的铥钬共掺氟化镱锂(Tm，Ho:YLF)激光晶体4内，为其提供泵浦能量；激光谐振腔由平凹镜3和平面镜7构成，其中平凹镜3为后腔镜，其曲率半径为5cm，平面镜7为输出镜；仔细调整主激光器谐振腔的长度，使泵浦光光腰与谐振腔参数达到最佳匹配，从而保证主激光器有较高的效率，同时又要保障主激光器输出激光的空间模式为光束质量优良的基横模。然后，在激光谐振腔内插入两个固体法布里-珀罗(F-P)标准具5和6，其中一个厚1mm，镀40％的2μm反射膜，另一个厚100μm，没有镀膜，调整两个固体法布里-珀罗(F-P)标准具5和6的角度达到选频和调频的目的。
本实施例中，第二泵浦源13和第三泵浦源19为光纤耦合的激光二极管，它们输出的792nm泵浦光束分别经过耦合透镜组14和18的整形后，再分别通过两个对792nm的抽运光高透、对2μm激光高反的平面镜15和17聚焦到长为5～10mm、直径为3mm铥钬共掺氟化镱锂(6％Tm，0.5％Ho:YLF)激光晶体16内，为其提供泵浦能量；从激光器的谐振腔由平凹镜10和平面镜7、15和17构成，其中平面镜7为输出镜；Tm，Ho:YLF激光晶体16被固定在一块热电制冷的热沉上，通过循环水带走泵浦过程中产生的热量，从而使Tm，Ho:YLF激光晶体稳定在某一恒定的温度上；在输出镜7和平凹镜10之间放置一个布鲁斯特角声光Q开关9，实现激光器的脉冲输出；为了保证环形从激光器的单向运转，在环形腔内加入了2μm激光的隔离器11和二分之一波片12构成单向器，此单向器同时又起到了避免2μm激光返回种子激光器内的作用。主激光器输出的单纵模种子激光通过会聚透镜8的会聚作用，实现其与四镜环形腔模式的匹配，达到最佳的种子光注入锁定效果，以确保调Q从激光器的窄线宽、单频输出。
本实施例首先在将第二泵浦源13和第三泵浦源19的输出功率调为零时，调节第一泵浦源1的输出功率到一个适合的数值，使得主激光器的输出功率超过10mW，并观察其输出的模式，确保其为基横模单纵模输出。然后同步增加第二泵浦源13和第三泵浦源19的输出功率直至从激光器有较高的输出，则可以观察到其为纵模脉冲输出，从而实现种子光的注入锁定。
Claims (6)
1.一种主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器，其特征是：主激光器包括，作为泵浦源的激光二极管(1)输出的泵浦光经过耦合透镜组(2)的整形、聚焦后通过平凹镜(3)进入第一铥钬共掺氟化钇锂晶体(4)内，平凹镜(3)和平面输出镜(7)构成主谐振腔，在谐振腔内插入两个固体标准具(5、6)实现主激光器的单纵模输出；从激光器包括，激光二极管(13、19)输出的泵浦光束经过耦合透镜组(14、18)整形后，再通过两个平面镜(15、17)最终聚焦到第二铥钬共掺氟化钇锂晶体(16)内，从谐振腔由平凹镜(10)和平面镜(7、15、17)构成，在从谐振腔内加入隔离器(11)和二分之一波片(12)实现从激光器的单向运转；在输出镜(7)和平凹镜(10)之间加入一个布鲁斯特角声光Q开关(9)实现从激光器的脉冲输出；主激光器输出的种子光通过会聚透镜(8)实现种子光与四镜环形腔的模式匹配。
2.根据权利要求1所述的主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器，其特征是：主激光器与从激光器共用同一平面输出镜(7)，平面输出镜(7)对波长为2.06μm的光的透过率为2％-10％。
3.根据权利要求2所述的主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器，其特征是：所述平凹镜(3)的内外表面镀有792nm的增透膜，凹面镀有2μm全反膜。
4.根据权利要求3所述的主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器，其特征是：所述两个固体标准具(5，6)中的一个厚1mm、镀40％的2μm反射膜，另一个厚100μm、不镀膜。
5.根据权利要求4所述的主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器，其特征是：所述铥钬共掺氟化钇锂晶体的切割方向为沿物理学定义的a轴方向，第一铥钬共掺氟化钇锂晶体(4)长为2.5mm，第二铥钬共掺氟化钇锂晶体(16)长为5～10mm。
6.根据权利要求5所述的主从激光器共用输出镜铥钬共掺氟化钇锂单频脉冲激光器，其特征是：第一铥钬共掺氟化钇锂晶体(4)和第二铥钬共掺氟化钇锂晶体(16)的两个端面均镀有对波长792nm和2.06μm的光增透的膜。
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