CN102244361A - 一种自拉曼变频自锁模固体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于激光器设计技术领域，提供了一种以掺稀土离子钒酸盐晶体作为激光增益介质的自拉曼自锁模固体激光器，包括：泵浦源和谐振腔，所述谐振腔内具有激光增益介质，所述激光增益介质为掺稀土离子的钒酸盐晶体；所述激光增益介质的前后两个通光面不垂直于激光光路。由于激光介质产生的基频激光在谐振腔中振荡的同时，通过自身的受激拉曼散射和自锁模特性，转变为一阶斯托克斯超短脉冲拉曼激光。本发明具有结构简单紧凑、高效、高光束质量、性能稳定可靠、性价比高等优点，可用于超短脉冲激光放大器的种子源、产生黄光等其它波长超短脉冲激光等领域。

Description

一种自拉曼变频自锁模固体激光器
技术领域
本发明属于激光器设计技术领域，尤其涉及一种固体激光器及其谐振腔。
背景技术
固体激光器是指以固体激光材料作为谐振腔工作物质的激光器，其广泛应用于军事、加工、医疗和科学研究等领域。
而作为激光及非线性光学领域的一个重要分支，光学频率变换技术的应用使得激光器的输出激光光谱得到有效拓展，从而进一步拓宽了激光器的应用领域。其中，拉曼介质的受激拉曼散射(Stimulate Raman Scattering，SRS)技术由于效率高、能够改善光束质量、无需相位匹配等优点而获得了极高的关注。经拉曼介质散色后的激光光谱遍及紫外线到近红外线，拓宽了激光光谱的范围。
为此，现有技术提供的固体激光器采用了拉曼晶体作为拉曼介质，使得固体激光器由于结构紧凑、效率高、稳定性好等优点，而更加广泛地应用在信息、交通、测量、医疗、国防和工农业等领域。然而，现有技术提供的采用了拉曼晶体的固体激光器虽然拓宽了激光器输出激光的光谱的范围，却无法产生主要应用于超高速光通讯、海量信息存储、光合作用研究、化学反应过程等领域的、具有超短脉冲的激光，应用领域有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体激光器，旨在解决现有技术提供的采用了拉曼晶体的固体激光器无法产生具有超短脉冲的激光，应用领域有限的问题。
本发明是这样实现的，一种自拉曼变频自锁模固体激光器，包括：泵浦源和谐振腔，所述谐振腔内具有激光增益介质，所述激光增益介质为掺稀土离子的钒酸盐晶体；所述激光增益介质的前后两个通光面不垂直于激光光路。
进一步地，所述谐振腔包括一泵浦端腔镜和一输出镜；所述泵浦端腔镜对泵浦光高透射、对基频光和一阶斯托克斯光高反射，所述输出镜对基频光高反射、对一阶斯托克斯光有透过率。
进一步地，所述谐振腔是直腔、三镜折叠腔、Z型折叠腔或X型折叠腔。
进一步地，所述掺稀土离子的钒酸盐晶体包括Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LuVO4晶体、Nd:GdxY1-xVO4晶体、Nd:LuxY1-xVO4晶体、Nd:LuxGd1-xVO4晶体、Yb:YVO4晶体、Yb:GdVO4晶体、Yb:LuVO4晶体中的一种或多种。
进一步地，所述泵浦源包括：激光二极管、光纤耦合输出半导体激光系统或者其它激光光源。
进一步地，所述掺稀土离子钒酸盐晶体的自锁模特性基于钒酸盐晶体的克尔透镜锁模，或基于可饱和拉曼增益对受激拉曼散射光脉冲的选择。
进一步地，所述谐振腔的腔镜为楔型镜、平面镜、平凸镜或平凹镜。
本发明采用了掺稀土离子的钒酸盐晶体作为谐振腔的工作介质，且设置激光增益介质的前后两个通光面不垂直于激光光路，从而可以避免由于标准具效应影响锁模的效果。因此该掺稀土离子的钒酸盐晶体在对入射激光产生受激拉曼散射效应的同时，还可以通过克尔透镜效应或者可饱和拉曼增益对受激拉曼散射光脉冲的选择，实现对激光器的自锁模，从而获得具有超短脉冲的激光。
附图说明
图1是本发明提供的固体激光器的原理结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明采用了掺稀土离子的钒酸盐晶体作为谐振腔的工作介质，并将激光增益介质的前后两个通光面设置为不垂直于激光光路，该掺稀土离子的钒酸盐晶体在对入射激光产生受激拉曼散射效应的同时，还可产生较强的克尔透镜效应，从而获得具有超短脉冲的激光。
图1示出了本发明提供的固体激光器的原理结构，为了便于说明，仅示出了与本发明相关的部分。
本发明提供的固体激光器包括泵浦源1和谐振腔2，其中谐振腔2的内部具有激光增益介质22。泵浦源1用于产生泵浦光并将泵浦光聚焦到谐振腔2中的工作介质22上，其中谐振腔2可以是直腔、三镜折叠腔、Z型折叠腔、X型折叠腔；激光增益介质22为掺稀土离子的钒酸盐晶体，包括Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LuVO4晶体、Nd:GdxY1-xVO4晶体、Nd:LuxY1-xVO4晶体、Nd:LuxGd1-xVO4晶体、Yb:YVO4晶体、Yb:GdVO4晶体、Yb:LuVO4晶体中的一种或多种。
上述泵浦源1可以包括激光二极管、光纤耦合输出半导体激光系统或者其它激光光源，图1中以光纤耦合输出半导体激光系统为例示出了泵浦源1的结构，包括光纤输出端11和聚焦耦合系统12。
上述谐振腔2还包括一泵浦端腔镜21和一输出镜23，泵浦端腔镜21对泵浦光高透射、对基频光和一阶斯托克斯光高反射，而输出镜23对基频光高反射、对一阶斯托克斯光则有透过率。
上述泵浦端腔镜21可以是楔型镜、平面镜、平凸镜或平凹镜，为了避免形成标准具效应，提高谐振腔内振荡的纵模数量，从而提高锁模效果，本发明中，激光增益介质22的前后两个通光面221和222中至少有一个不垂直于激光光路，具体可设置泵浦端腔镜21与激光增益介质22之间相对的面不平行，和/或激光增益介质22和输出镜23之间相对的面不平行。
本发明采用了掺稀土离子的钒酸盐晶体作为谐振腔2的工作介质，掺稀土离子钒酸盐晶体的自锁模特性基于钒酸盐晶体的克尔透镜锁模，或基于可饱和拉曼增益对受激拉曼散射光脉冲的选择。众所周知，掺稀土离子的钒酸盐晶体具有优良的三阶非线性特性，可以对入射激光在可见光和近红外光光谱范围内产生受激拉曼散射效应，实现自拉曼变频激光的输出，且该种结构有利于实现基频光和斯托克斯光的模式匹配，降低阈值，提高系统的稳定性和转换效率，简化谐振腔的腔型结构。而为了应用该固体激光器产生具有超短脉冲的激光(即对激光实现锁模)，需工作介质具有大的非线性系数，以提供足够强的自聚焦效应，由此，掺稀土离子的钒酸盐晶体在对入射激光产生受激拉曼散射效应的同时，还可产生较强的克尔透镜效应(Kerr-lens effect)，从而实现克尔透镜锁模(Ker-lens mode locking，KLM)，以获得具有超短脉冲的激光。
以钒酸盐晶体是YVO4晶体为例，实验数据可得，YVO4晶体的非线性折射率为1.9*10-15cm2/W，约是现有常用的产生克尔透镜效应的钛宝石晶体的6倍，由于该非线性折射率是一个表征由克尔透镜效应引起的自聚焦效应强弱的参量，因此，YVO4晶体是一种高效的克尔透镜自锁模工作介质。
在本发明的一个实施例中，输出镜23将经自身受激拉曼散射效应和克尔透镜锁模效应的，波长为1.17μm、重复频率为GHz量级、脉冲宽度为皮秒量级的超短脉冲激光输出到基于钒酸盐晶体的谐振腔13的腔外，为此，泵浦源1产生的泵浦光的波长为808nm；泵浦端腔镜21镀有对808nm入射激光高透、对1064nm入射激光和1.17μm入射激光高反的介质膜；激光增益介质22上沿聚焦耦合系统12聚焦后的泵浦光光路的入射通光端面和出射通光端面分别镀有对808nm入射激光、1064nm入射激光和1.17μm入射激光高透的介质膜；输出镜23镀有对1064nm入射激光高反和对1.17μm入射激光部分反射的介质膜。
本发明该实施例提供的固体激光器发出的超短脉冲激光再经倍频后，可产生应用于医疗、光谱分析等领域的波长为588nm的超短脉冲黄光激光。
在本发明的另一个实施例中，输出镜23将经自身受激拉曼散射效应和克尔透镜锁模效应的，波长为1.52μm、重复频率为GHz量级、脉冲宽度为皮秒量级的超短脉冲激光输出到基于钒酸盐晶体的谐振腔13的腔外，为此，泵浦源1产生的泵浦光的波长为808nm；泵浦端腔镜131镀有对808nm入射激光和1064nm入射激光高透、对1342nm入射激光和1.52μm入射激光高反的介质膜；激光增益介质22上沿聚焦耦合系统12聚焦后的泵浦光光路的入射通光端面和出射通光端面分别镀有对808nm入射激光、1064nm入射激光、1342nm入射激光和1.52μm入射激光高透的介质膜；输出镜23镀有对1064nm入射激光高透、对1342nm入射激光高反和对1.52μm入射激光部分反射的介质膜。本发明该实施例发出的固体激光器发出的超短脉冲激光可应用于光通信领域、或用作超短脉冲激光放大器的种子源。
本发明采用了掺稀土离子的钒酸盐晶体作为谐振腔的工作介质，该掺稀土离子的钒酸盐晶体的前后两个通光面中至少有一个不垂直于激光光路，在对入射激光产生受激拉曼散射效应的同时，还可以通过克尔透镜效应或者可饱和拉曼增益对受激拉曼散射光脉冲的选择，实现对激光器的自锁模，从而获得具有超短脉冲的激光。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种自拉曼变频自锁模固体激光器，包括：泵浦源和谐振腔，其特征在于：所述谐振腔内具有激光增益介质，所述激光增益介质为掺稀土离子的钒酸盐晶体；所述激光增益介质的前后两个通光面中至少有一个不垂直于激光光路。
2.如权利要求1所述的自拉曼变频自锁模固体激光器，其特征在于：
所述谐振腔包括一泵浦端腔镜和一输出镜；所述泵浦端腔镜对泵浦光高透射、对基频光和一阶斯托克斯光高反射，所述输出镜对基频光高反射、对一阶斯托克斯光有透过率。
3.如权利要求1所述的自拉曼变频自锁模固体激光器，其特征在于：
所述谐振腔是直腔、三镜折叠腔、Z型折叠腔或X型折叠腔。
4.如权利要求1所述的自拉曼变频自锁模固体激光器，其特征在于：
所述掺稀土离子的钒酸盐晶体包括Nd:YVO4晶体、Nd:GdVO4晶体、Nd:LuVO4晶体、Nd:GdxY1-xVO4晶体、Nd:LuxY1-xVO4晶体、Nd:LuxGd1-xVO4晶体、Yb:YVO4晶体、Yb:GdVO4晶体、Yb:LuVO4晶体中的一种或多种。
5.如权利要求1所述的自拉曼变频自锁模固体激光器，其特征在于，所述泵浦源包括：激光二极管、光纤耦合输出半导体激光系统或者其它激光光源。
6.如权利要求1所述的自拉曼变频自锁模圆体激光器，其特征在于：
所述掺稀土离子钒酸盐晶体的自锁模特性基于钒酸盐晶体的克尔透镜锁模，或基于可饱和拉曼增益对受激拉曼散射光脉冲的选择。
7.如权利要求2所述的自拉曼变频自锁模固体激光器，其特征在于：
所述谐振腔的腔镜为楔型镜、平面镜、平凸镜或平凹镜。
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