CN102904154A

CN102904154A - 一种提高输出偏振特性的脉冲激光器

Info

Publication number: CN102904154A
Application number: CN2012103879810A
Authority: CN
Inventors: 李强; 苏艳丽; 罗旭; 雷訇; 惠勇凌; 姜梦华
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2012-10-14
Filing date: 2012-10-14
Publication date: 2013-01-30

Abstract

本发明涉及一种提高输出偏振特性的脉冲激光器，属于激光技术领域，该激光器至少包括泵浦源、激光增益介质、可饱和吸收器件、腔镜。通过改变传统的半导体激光器经光纤耦合的非偏振泵浦方式，而采用偏振光泵浦实现脉冲激光器的线偏振输出，提高了输出偏振方向的稳定性。本发明无需在腔内插入偏振控制元件，因而不存在传统技术带来的插入损耗，具有结构简单、易于调节、工作稳定可靠的优点，解决了传统脉冲激光器输出偏振方向不稳定、不利于进行非线性频率变换、不利于进行与稳定线偏振有关的激光功率放大的问题。

Description

一种提高输出偏振特性的脉冲激光器

技术领域

本发明涉及激光技术领域，具体为一种提高输出偏振特性的脉冲激光器。

背景技术

高重复频率、高峰值功率、窄脉宽和紧凑型的脉冲激光器被应用于很多方面，如激光微加工、激光雷达、环境监测、医学诊断等。目前，调Q技术是实现高重复频率、高峰值功率和窄脉宽输出的最有效的方法之一，因此被广泛采用。在很多工业及军事应用中，要求输出脉冲激光具有较好的偏振特性，尤其是在非线性频率变换领域和与偏振有关的激光功率放大级设计中。

目前，常用的调Q方法有被动调Q和主动调Q两种。被动调Q激光器只需在腔内插入可饱和吸收体，无需外部驱动源控制，具有体积小、结构简单、制作成本低等优点，因而被广泛采用。但采用被动调Q技术的脉冲激光器在较高重复频率下输出不稳定，输出脉冲的偏振方向随机跳变(Y. Wang, M. Gong, P. Yan, et al. Stable polarization short pulse passively Q-switched monolithic microchip laser with [110] cut Cr⁴⁺:YAG[J]. Laser Phys. Lett, 2009, 6 (11),788–790；R. Bhandari and T. Taira,“Megawatt level UV output from [110] Cr4+:YAG passively Q-switched microchip laser,” Opt. Express19(23),22510–22514 (2011).)。

根据发明人的技术调研，目前改善被动调Q脉冲激光器输出脉冲偏振稳定性的国内外方法主要有以下三种。（1）通过采用偏振控制元件获得线偏振脉冲输出，包括起偏元件、与偏振有关的隔离器、与偏振有关的合束器等（详见：中国专利，高功率脉冲光纤固体激光高效偏振装置，公开号：CN1425938A；中国专利，半导体侧面泵浦调Q绿激光器，授权公告号：CN200962495Y），这种方法由于腔内插入偏振控制元件带来了很大的插入损耗，因而限制了其广泛应用；（2）Y. Shimony等人将可饱和吸收体沿腔轴按布儒斯特角放置，同时作为被动调Q晶体和布儒斯特起偏器件，获得线偏振光输出，其偏振方向通过可饱和吸收体沿腔轴的旋转方向决定，由于该方法对可饱和吸收体位置精度要求高、调节复杂而限制了其应用(详见：Y. Shimony, Z. Burshtein, et al. Cr4+ : YAG as Passive Q-Switch and Brewster Plate in a Pulsed Nd: YAG Laser[J]. IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, 1995, 31 (10),1738–1741.)。（3）关于可饱和吸收体的各向吸收异性已有文献报道。2006年在ASSP会议上，H. Sakai、T. Taira等人研究了沿[110]轴切割Cr⁴⁺:YAG晶体的各向吸收异性，通过改变传统可饱和吸收体的切割方向，采用沿[110]轴切割Cr⁴⁺:YAG晶体获得稳定的线偏振输出，由于该方法对切割方向有明确限制，对于常规沿轴切割的被动调Q 激光不适用而受到了限制(详见：H. Sakai,A. Sone, H. Kan, and T. Taira, in: Technical Digest of the 20th Anniversary Meeting Advanced Solid-State Photonics, Incline Village, NV, USA, January 29–February 1, 2006 (ASSP 2006), paper MD2.；H. Sakai, H. Kan, and T. Taira, “>1 MW peak power single-modehigh-brightness passively Q-switched Nd3+:YAG microchip laser,” Opt. Express16(24), 19891–19899 (2008)；R.Bhandari and T. Taira, “> 6 MW peak power at 532nm from passively Q-switched Nd:YAG/ Cr4+:YAG microchip laser,” Opt. Express19(20), 19135–19141 (2011)；R.Bhandari and T. Taira, “Megawatt level UV output from [110] Cr4+:YAG passively Q-switched microchip laser,” Opt. Express19(23), 22510–22514 (2011).)。以上方法均不涉及改变泵浦光的偏振特性来获得调Q脉冲激光器的偏振输出。

本发明采用偏振光泵浦，利用可饱和吸收体的各向吸收异性特性来得到调Q脉冲激光器的偏振输出。具有低成本、效率高、结构简单、易于调节、工作稳定可靠、适用范围广的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高输出偏振特性的脉冲激光器，该激光器具有结构紧凑、易于调节、工作稳定可靠、实用性强的优点。

本发明特征在于，至少包含：泵浦源、激光增益介质、可饱和吸收体、腔镜，所述泵浦源为半导体激光器，所发出的泵浦光为线偏振光，可直接或通过耦合透镜后入射到激光增益介质中，泵浦源的发射谱与激光增益介质的吸收谱匹配；激光增益介质产生激光输出；所述激光增益介质和可饱和吸收体为两块分立的晶体，或者通过工艺结合成一种复合晶体，其结合工艺采用扩散键合、液相外延、气相外延、金属有机气相沉积四种工艺之一，或在激光增益介质中同时掺入激光增益离子和可饱和吸收离子，构成自饱和吸收的激光介质；所述腔镜包括一个后腔镜和一个耦合输出镜；后腔镜为镀有对泵浦源发射波长增透并对激光增益介质发射的激光波长高反的光学膜，其高反膜的反射率大于99%；耦合输出镜镀有对激光波长部分透过的光学膜。

所述后腔镜以光学介质膜的形式镀在激光增益介质面向泵浦源的端面上，对泵浦光增透，对激光波长高反射，其高反膜的反射率大于99%，该激光增益介质面向输出的通光面上镀有对激光波长增透的光学膜。

所述激光器采用包括直腔、折叠腔、环形腔在内的各种腔型结构。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果：本发明提出的通过采用偏振光泵浦，利用可饱和吸收体的各向吸收异性特性，从而提高被动调Q输出偏振特性的脉冲激光器，具有简单有效、适用范围广、工作稳定可靠的优势，解决了传统技术带来系统复杂性增加和稳定性降低的问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器第一个实施例的结构示意图。

图2为本发明提供的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器第二个实施例的结构示意图。

图3为本发明提供的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器第三个实施例的结构示意图。

图1~图3中，1—半导体激光器，2—耦合透镜，3—后腔镜，4—激光增益介质，5—可饱和吸收体，6—耦合输出镜，7—自饱和吸收的激光介质

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步说明：

图1为本发明提供的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器的第一个实施例。本发明的思想可以应用于各种腔型的激光器，如直腔、折叠腔；激光增益介质和可饱和吸收体为两块分立的晶体，或者通过工艺结合成一种复合晶体，其结合工艺采用扩散键合、液相外延、气相外延、金属有机气相沉积四种工艺之一，或在激光增益介质中同时掺入激光增益离子和可饱和吸收离子，构成自饱和吸收的激光介质。这里选用直腔、一块分立的激光增益介质和一块分立的可饱和吸收体作为本发明的一个方便说明的实施例。

第一个实施例中采用半导体激光器1作为泵浦源，所发射的泵浦光为线偏振光，通过耦合透镜2聚焦后入射到激光增益介质4中。半导体激光器1的发射谱与激光增益介质4的吸收谱匹配。后腔镜3对泵浦光增透，对激光高反，反射率大于99%。在该实施例中后腔镜3以光学介质膜的形式镀在激光增益介质4面向泵浦的端面上。激光增益介质4为可以产生激光输出的、且可饱和吸收体5对其发射波长具有可饱和吸收特性的固态激光工作物质，如Nd:YAG、Nd:YVO₄、Nd:glass等。激光增益介质4面向输出的通光面上镀有对激光波长增透的光学膜。耦合输出镜6镀有对激光波长具有一定透过率的光学膜。

激光发射的偏振特性主要由激活介质的各向异性和腔的各向异性引起。可饱和吸收体被广泛应用在被动调Q激光器中，其吸收电偶极子具有确定的方向，这种效应通常使激光器输出线偏振光。在第一个实施例中，利用了可饱和吸收体的各向异性特性，采用偏振光泵浦，通过控制泵浦光的偏振特性使沿可饱和吸收体中吸收电偶极子的方向优先吸收泵浦光，增强了各向异性吸收损耗，从而使激光器输出稳定的线偏振光，解决了传统被动调Q激光器中存在的输出偏振方向在两个晶轴之间随机跳变、工作不稳定的问题。

图2为本发明提供的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器的第二个实施例，其特征是，激光增益介质4和可饱和吸收体5结合成一种复合晶体，其实施原理与本发明的第一个实施例基本相同。

图3为本发明提供的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器的第三个实施例，其特征是，在激光增益介质中同时掺入激光增益元素和可饱和吸收元素，构成自饱和吸收的激光介质7，其实施原理与本发明的第一个实施例基本相同。

Claims

1.一种提高输出偏振特性的脉冲激光器，其特征在于，至少包含：泵浦源、激光增益介质、可饱和吸收体、腔镜，所述泵浦源为半导体激光器，所发出的泵浦光为线偏振光，直接或通过耦合透镜后入射到激光增益介质中，泵浦源的发射谱与激光增益介质的吸收谱匹配；激光增益介质产生激光输出；所述激光增益介质和可饱和吸收体为两块分立的晶体，或者通过工艺结合成一种复合晶体，其结合工艺采用扩散键合、液相外延、气相外延、金属有机气相沉积四种工艺之一，或者在激光增益介质中同时掺入激光增益离子和可饱和吸收离子，构成自饱和吸收的激光介质；所述腔镜包括一个后腔镜和一个耦合输出镜；后腔镜为镀有对泵浦源发射波长增透并对激光增益介质发射的激光波长高反的光学膜，其高反膜的反射率大于99%；耦合输出镜镀有对激光波长部分透过的光学膜。

2.根据权利要求1所述的一种提高输出偏振特性的脉冲激光器，其特征在于，所述激光器为直腔、折叠腔或环形腔。