CN102208744A - 一种利用双折射晶体产生宽稳定区柱对称偏振光激光器 - Google Patents

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黄见洪
邓晶
葛燕
郑晖
李锦辉
史斐
翁文
戴殊韬
林文雄
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本发明一种利用双折射晶体产生宽稳定区柱对称偏振光激光器，属光电子领域。本激光器是利用Nd:YAG晶体的热致双折射效应，采取插入衍射小孔以及负单轴晶双折射晶体，如方解石、KDP、铌酸锂等，加剧径向偏振光和切向偏振光双折射效应，使得一种偏振光处于稳定区独立运转，而另一种偏振光处于不稳定区无法运转，从而在较宽的泵浦范围内稳定输出径向偏振激光或切向偏振激光，二者统称为柱对称偏振激光。本激光器可应用于激光加工方面。

Description

一种利用双折射晶体产生宽稳定区柱对称偏振光激光器
技术领域
本发明一种利用双折射晶体产生宽稳定区柱对称偏振光激光器，属光电子领域。本激光器可以在较宽的泵浦范围内稳定输出柱对称偏振激光，可应用于激光加工方面。
背景技术
径向偏振激光(图1)和切向偏振激光(图2)是以TEM01*模式运转的特定模式激光，图上箭头方向为激光电矢量方向，二者统称为柱对称偏振激光。
在光泵浦激光增益介质Nd:YAG的过程中，增益介质除输出激光能量外，不可避免地会产生热量，对于棒状增益介质来说，通常采用外围通水冷却的方案对其进行冷却。这种泵浦及冷却结构导致了在增益介质的截面上温度呈梯度分布，使得径向偏振光和切向偏振光产生两个不同的聚焦点，这就是Nd:YAG增益介质的热致双折射效应。光学谐振腔内径向偏振光或切向偏振光如单独运转，激光器则输出径向偏振激光或切向偏振激光。
根据国外大量研究结果表明：在激光切割和钻孔方面，柱对称偏振光比其它偏振光，如线偏振光和圆偏振光，具有更好的加工效果。目前，圆偏振激光通常用于激光切割，而径向偏振激光的切割效果是圆偏振激光的两倍；对于激光钻孔来说，在某些特定情况下，切向偏振激光有最佳的加工效果。
以色列人Inon Moshe等以半导体侧面泵浦Nd:YAG增益介质，通过在腔内插入衍射小孔，在半对称腔和对称腔两种谐振腔结构上都实现了柱对称偏振光输出。但是，这两种腔结构激光器径向偏振光和切向偏振光稳定区(图1、图2中U形区域)大部分都是重叠的，柱对称偏振光独立运转的工作区域都位于谐振腔ω0-D曲线(ω0为增益介质基模半径，D为光焦度)稳定区的边界，激光器在该区域工作范围极小且不稳定，泵浦功率只要有微小的变化就可能导致输出的柱对称偏振激光模式产生变化。图3为半对称腔结构柱对称偏振激光器的工作区域，图4对称腔结构柱对称偏振激光器的工作区域。
发明内容
本发明的目的在于改进以色列人Inon Moshe的谐振腔设计，提出一种实现柱对称偏振光激光在较宽范围内稳定运转方案。
该方案以Nd:YAG为增益介质，利用Nd:YAG晶体的热致双折射效应，采取插入衍射小孔以及负单轴晶双折射晶体，如方解石、KDP、铌酸锂等，负单轴晶沿主轴切割，腔内插入的负单轴晶体加剧径向偏振光和切向偏振光双折射效应，使得一种偏振光在较宽的泵浦范围内处于稳定区，如图6中12、13所指区域，而对应的另一种偏振激光处于不稳定区，激光器在较宽的泵浦范围内稳定输出径向偏振激光或切向偏振激光，其特征在于：谐振腔内插入起双折射作用的负单轴晶体以及柱对称偏振光选模小孔。谐振腔结构如图5，ω0-D曲线如图6所示。
本发明谐振腔区别于以色列人Inon Moshe的优点在于：可以在较宽的泵浦范围内稳定地输出柱对称偏振光激光。本激光器可应用于激光加工方面。
附图说明
图1为径向偏振激光电矢量方向示意图；
图2为切向偏振激光电矢量方向示意图；
图3为半对称腔柱对称偏振激光工作区域ω0-D曲线图；
图4为对称腔柱对称偏振激光工作区域ω0-D曲线图；
图5为宽稳定区柱对称偏振激光器谐振腔结构图；
图6为宽稳定区柱对称偏振激光器工作区域ω0-D曲线图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
图5为宽稳定区柱对称偏振激光器谐振腔结构图，腔镜10、腔镜11位于Nd:YAG增益介质5的两恻，在腔镜10和Nd:YAG增益介质5之间插入凸透镜6和凸透镜7，组成4f像传递系统，同时在凸透镜6和凸透镜7之间插入起加剧双折射作用的负单轴晶体8，衍射小孔9位于谐振腔内靠近腔镜11的位置，通过衍射小孔9的选模可以在一定泵浦范围内稳定地输出柱对称偏振光激光。

Claims (1)

1.一种利用双折射晶体产生宽稳定区柱对称偏振光激光器，是利用Nd:YAG晶体的热致双折射效应，采取插入衍射小孔以及负单轴晶双折射晶体，如方解石、KDP、铌酸锂等，加剧径向偏振光和切向偏振光双折射效应，使得一种偏振光处于稳定区独立运转，而另一种偏振光处于不稳定区无法运转，从而在较宽的泵浦范围内稳定输出径向偏振激光或切向偏振激光，二者统称为柱对称偏振激光，其特征在于：谐振腔内插入起双折射作用的负单轴晶体以及柱对称偏振光选模小孔。
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