CN103762488A - 高功率窄线宽可调谐激光器 - Google Patents
高功率窄线宽可调谐激光器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103762488A CN103762488A CN201410018597.2A CN201410018597A CN103762488A CN 103762488 A CN103762488 A CN 103762488A CN 201410018597 A CN201410018597 A CN 201410018597A CN 103762488 A CN103762488 A CN 103762488A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grating
- mirror
- high power
- laser
- rotary table
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 10
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 11
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 241000931526 Acer campestre Species 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
本发明公开了一种高功率窄线宽可调谐激光器，涉及激光技术领域。本发明包括RBG、光栅转台、准直器、增益介质、输出耦合镜、二向色镜、泵浦源、平面全反镜和圆柱曲面全反镜；RBG固定在光栅转台的旋转轴上；RBG的法线与光栅转台的旋转轴垂直；光栅转台的旋转轴与圆柱曲面全反镜的中心轴重合；二向色镜与水平方向呈45°角；泵浦源发射的泵浦光依次通过二向色镜、输出耦合镜、增益介质进入准直器，准直器输出的准直光与RBG的光栅转轴共面，并且准直光的方向与光栅转轴垂直。采用RBG作为选频元件，搭配全反镜组合装置，达到高功率、窄线宽、可调谐的目的，且调谐精度高、输出波长稳定、结构紧凑可靠。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，具体是一种高功率窄线宽可调谐激光器。
背景技术
高功率窄线宽可调谐激光器主要应用于相干并束、相干检测、相干光通信、谐波产生、重力波探测等，目前已广泛应用于外差传感、光谱探测、大气监测、光通信等领域。这些应用不仅需要较高的激光功率，而且要求激光具有比较窄的光谱带宽，较高的波长稳定性。
高功率可调谐激光器，目前广泛采用的腔体结构由平面衍射光栅和高反镜组成。平面衍射光栅作为选频元件，常作为端反镜，通过改变光栅法线与谐振腔轴线的夹角（入射角）实现激光频率的调谐。要实现高功率可调谐激光器的窄线宽输出，目前采取的方案主要有两种：1、光栅的入射角为掠入射；2、通过加大平面光栅的尺寸，在谐振腔内假如扩束镜，从而提高光栅的分辨率。进一步压缩带宽的方法可以是把两个或多个平面光栅进行组合，利用它们反射光谱的重叠来实现窄线宽输出。但这种方法无疑会使系统结构复杂化、谐振腔损耗更大（单个平面闪耀光栅的衍射效率往往只能达到~60%），进一步将导致输出功率下降。除此之外，多平面光栅结构的窄线宽可调谐激光器体积较大、封装困难，稳定性不高。
构建高功率窄线宽可调谐激光器，体布拉格光栅替代传统的平面光栅可以很好地解决系统体积庞大、结构复杂、光栅插入损耗较大等问题，同时可提供带宽小于0.5nm的激光输出（Laser Phys Lett. 2010(6): 450-453, Opt. Express 2008(16): 9507-9512, Opt. Lett. 2008(22): 1204-1206）。作为一种新型的选频元件，反射式体布拉格光栅（RBG）绝对衍射效率超过99%；光栅损耗小于2.5%；光谱选择最低可达20pm，角度选择最低可达100μrad；温度稳定性达400℃，在近红外区对连续激光照射的耐受性高达每平方厘米数万瓦。因此，反射式体布拉格光栅是一种非常理想的高功率窄线宽可调谐激光器的选频器件，最近几年在激光系统中的应用吸引了越来越多激光工作人员的关注。（作为波长选择和光谱窄化元件，体布拉格光栅目前已被应用于半导体激光器，光学参量振荡器和固体激光器的窄线宽输出方面）
因此，基于体布拉格光栅，设计一种结构紧凑、性能优越的高功率窄线宽可调谐激光器具有很强的现实意义。但是，在使用ＲＢＧ进行波长调谐的过程中发现，输出光束的方向会随着光栅转动而发生偏转，这给实际使用带来了新的麻烦。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种高功率窄线宽可调谐激光器，不仅能够宽范围的波长调谐，而且输出激光稳定、光谱带宽可始终小于0.5nm，整个调谐过程仅需转动光栅转台即可完成。
本发明是以如下技术方案实现的：一种高功率窄线宽可调谐激光器，包括反射式体布拉格光栅、光栅转台、准直器、增益介质、输出耦合镜、二向色镜、泵浦源和圆柱曲面全反镜；所述的反射式体布拉格光栅固定在光栅转台的旋转轴上；反射式体布拉格光栅的法线与光栅转台的旋转轴垂直；光栅转台的旋转轴与圆柱曲面全反镜的中心轴重合；二向色镜与水平方向呈45°角；泵浦源发射的泵浦光依次通过二向色镜、输出耦合镜、增益介质进入准直器，准直器输出的准直光与反射式体布拉格光栅的光栅转轴共面，并且准直光的方向与光栅转轴垂直；反射式体布拉格光栅的光谱选择最低可达20pm、角度选择最低可达100μrad、绝对衍射效率超过99%、光栅损耗小于2.5%、同时温度稳定性达400℃，在近红外区对连续激光的耐受性高达每平方厘米数万瓦；所述的反射式体布拉格光栅、光栅转台和圆柱曲面全反镜构成激光器的光栅选频结构，放在激光器的内部或外部。
本发明的有益效果是：
1、能够保证在高功率调谐运转的过程中，光谱带宽始终小于0.5nm；
2、在整个功率调节范围内，具有较高的效率、输出波长稳定、可重复性好；
3、体积小、结构简单紧凑、抗干扰能力强、调谐精度高，整个调谐过程仅需对光栅转台进行转动，操作简单便捷。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种高功率窄线宽可调谐激光器，包括反射式体布拉格光栅1、光栅转台2、准直器3、增益介质4、输出耦合镜5、二向色镜6、泵浦源7和柱曲面全反镜8；所述的反射式体布拉格光栅1固定在光栅转台2的旋转轴上；反射式体布拉格光栅1的法线与光栅转台2的旋转轴垂直；光栅转台2的旋转轴与圆柱曲面全反镜8的中心轴重合；二向色镜6与水平方向呈45°角；泵浦源7发射的泵浦光依次通过二向色镜6、输出耦合镜5、增益介质4进入准直器3，准直器3输出的准直光与反射式体布拉格光栅1的光栅转轴共面，并且准直光的方向与光栅转轴垂直。
所述的光栅转台2可以由步进电机驱动，或由微机电系统驱动。
所述的准直器3为球面镜或非球面镜或透镜组合。
所述的增益介质4为固体增益介质或气体增益介质或液体增益介质或半导体激光器。
所述的输出耦合镜5是平面镜、或者是平凹镜、或者是柱面镜。
所述的泵浦源7的泵浦方式是端面泵浦或侧面泵浦。
所述的圆柱曲面全反镜8为柱面反射介质镜或金镜，接收反射式体布拉格光栅1选频得到的窄线宽激光，在图1结构中激光被反射原路返回。
其中，反射式体布拉格光栅1在谐振腔中起滤波选频的作用，在谐振腔中接收准直器3输出的平行入射光，反射输出窄线宽选频激光。准直器3在谐振腔中作用是将腔内激光准直，尽可能降低腔内激光在反射式体布拉格光栅1处的发散角，提高反射式体布拉格光栅1的选频精度。圆柱曲面全反镜8在本谐振腔中的作用是解决输出光束的方向随着光栅转动而发生偏转的问题，在光栅转动的方向上，即频率调谐的自由度上将从反射式体布拉格光栅1得到的选频光按照入射光的路线使其原路返回，使谐振腔形成振荡。由于反射式体布拉格光栅1优异的选频特性以及本发明针对反射式体布拉格光栅所设计的谐振腔结构，本发明可实现高功率、窄线宽、宽调谐激光运转。
本发明能够实现高功率、窄线宽、宽调谐激光运转的原因主要有三点：1、反射式体布拉格光栅（RBG）绝对衍射效率超过99%、光栅损耗小于2.5%、同时温度稳定性达400℃、在近红外区对连续激光的耐受性高达每平方厘米数万瓦，因此适于高功率激光高效运转；2、通过RBG的设计，光栅的光谱选择最低可达20pm、角度选择最低可达100μrad，因此该激光器可实现窄线宽输出；3、本发明设计了针对RBG进行选频的结构，较好的解决了输出光束方向随光栅转动而发生偏转的现象，整个激光波长可调谐过程仅需转动光栅转台即可完成，操作简单灵活。
工作流程：增益介质受泵浦光激发，吸收泵浦能量形成粒子数反转分布，产生受激辐射，通过谐振腔振荡放大形成稳定的激光。其中形成窄线宽的过程可描述为：谐振腔形成激光振荡，腔内产生的激光镜准直器3准直，假设以 
角（入射光与反射式体布拉格光栅法线的夹角）入射到反射式体布拉格光栅1表面，由于反射式体布拉格光栅1的波长的选择特性，满足、反射式体布拉格光栅1选频条件的激光被窄化后反射到柱曲面全反镜组合。根据几何图形的特征，经过圆柱曲面全反镜反射的激光将按照入射光的路线原路返回，在谐振腔中形成振荡。最终与反射式体布拉格光栅入射角相匹配的选频光的到放大，其他受激辐射产生的激光被抑制。由于反射式体布拉格光栅的选频带宽非常小，因此配合本发明所涉及的谐振腔结构可实现高功率窄线宽可调谐激光运转。
本实施例中，反射式体布拉格光栅1的法线、光栅转台2和圆柱曲面全反镜8构成激光器的光栅选频结构，放在激光器的内部，通过内腔选频的方式，实现对激光波长的调谐，构成可实现高功率、窄线宽、宽调谐的内腔光栅可调谐激光器。
光栅选频结构也可以放在激光器的外部，通过外腔选频的方式，实现对激光波长的调谐，构成可实现高功率、窄线宽、宽调谐的外腔光栅可调谐激光器。
Claims (6)
1. 一种高功率窄线宽可调谐激光器，其特征在于：包括反射式体布拉格光栅（1）、光栅转台（2）、准直器（3）、增益介质（4）、输出耦合镜（5）、二向色镜（6）、泵浦源（7）和圆柱曲面全反镜（8）；所述的反射式体布拉格光栅（1）固定在光栅转台（2）的旋转轴上；反射式体布拉格光栅（1）的法线与光栅转台（2）的旋转轴垂直；光栅转台（2）的旋转轴与圆柱曲面全反镜（8）的中心轴重合；二向色镜（6）与水平方向呈45°角；泵浦源（7）发射的泵浦光依次通过二向色镜（6）、输出耦合镜（5）、增益介质（4）进入准直器（3），准直器（3）输出的准直光与RBG的光栅转轴共面，并且准直光的方向与光栅转轴垂直；反射式体布拉格光栅的光谱选择最低可达20pm、角度选择最低可达100μrad、绝对衍射效率超过99%、光栅损耗小于2.5%、同时温度稳定性达400℃，在近红外区对连续激光的耐受性高达每平方厘米数万瓦；所述的反射式体布拉格光栅（1）、光栅转台（2）和圆柱曲面全反镜（8）构成激光器的光栅选频结构，放在激光器的内部或外部。
2.根据权利要求1所述的高功率窄线宽可调谐激光器，其特征在于：所述的圆柱曲面全反镜（8）为柱面反射介质镜或金镜。
3.根据权利要求1所述的高功率窄线宽可调谐激光器，其特征在于：所述的准直器（3）为球面镜或非球面镜或透镜组合。
4.根据权利要求1所述的高功率窄线宽可调谐激光器，其特征在于：所述的增益介质（4）为固体增益介质或气体增益介质或液体增益介质或半导体激光器。
5.根据权利要求1所述的高功率窄线宽可调谐激光器，其特征在于：所述的输出耦合镜（5）是平面镜、或者是平凹镜、或者是柱面镜。
6.根据权利要求1所述的高功率窄线宽可调谐激光器，其特征在于：所述的泵浦源（7）的泵浦方式是端面泵浦或侧面泵浦。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410018597.2A CN103762488B (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 高功率窄线宽可调谐激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410018597.2A CN103762488B (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 高功率窄线宽可调谐激光器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103762488A true CN103762488A (zh) | 2014-04-30 |
| CN103762488B CN103762488B (zh) | 2016-03-30 |
Family
ID=50529682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410018597.2A Expired - Fee Related CN103762488B (zh) | 2014-01-15 | 2014-01-15 | 高功率窄线宽可调谐激光器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103762488B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109217086A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-01-15 | 天津理工大学 | 基于体布拉格光栅的波长可调谐被动锁模掺镱光纤激光器 |
| CN112505711A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置 |
| CN112563872A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-26 | 江苏师范大学 | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2310403Y (zh) * | 1997-07-09 | 1999-03-10 | 浙江大学 | 高分辨率的光栅腔选支激光器 |
| JP2008282883A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 発光装置 |
| CN101859974A (zh) * | 2010-06-12 | 2010-10-13 | 徐州师范大学 | 窄线宽掺铥光纤激光器 |
| CN102053447A (zh) * | 2009-05-21 | 2011-05-11 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种带有波长显示功能的co2激光器波长调谐装置 |
| EP2523280A2 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-14 | PowerPhotonic Ltd | Multi-wavelength diode laser array |
-
2014
- 2014-01-15 CN CN201410018597.2A patent/CN103762488B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2310403Y (zh) * | 1997-07-09 | 1999-03-10 | 浙江大学 | 高分辨率的光栅腔选支激光器 |
| JP2008282883A (ja) * | 2007-05-08 | 2008-11-20 | Sanyo Electric Co Ltd | 発光装置 |
| CN102053447A (zh) * | 2009-05-21 | 2011-05-11 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 一种带有波长显示功能的co2激光器波长调谐装置 |
| CN101859974A (zh) * | 2010-06-12 | 2010-10-13 | 徐州师范大学 | 窄线宽掺铥光纤激光器 |
| EP2523280A2 (en) * | 2011-05-12 | 2012-11-14 | PowerPhotonic Ltd | Multi-wavelength diode laser array |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109217086A (zh) * | 2018-11-20 | 2019-01-15 | 天津理工大学 | 基于体布拉格光栅的波长可调谐被动锁模掺镱光纤激光器 |
| CN112505711A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-03-16 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种利用反射式体布拉格光栅进行激光雷达光谱滤波的装置 |
| CN112563872A (zh) * | 2020-12-10 | 2021-03-26 | 江苏师范大学 | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 |
| CN112563872B (zh) * | 2020-12-10 | 2022-06-17 | 江苏师范大学 | 一种基于gsa和esa双波长泵浦掺铥激光器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103762488B (zh) | 2016-03-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101604818B (zh) | 连续无跳模可调谐光栅外腔半导体激光器 | |
| CN101859975B (zh) | 双波长可调谐掺铥光纤激光器 | |
| WO2005073795A1 (ja) | 電磁波発生装置 | |
| JP2015203714A (ja) | テラヘルツ波発生装置及び方法 | |
| CN103762488B (zh) | 高功率窄线宽可调谐激光器 | |
| JP2016218373A (ja) | 多波長発振型光パラメトリック発振装置および多波長発振型光パラメトリック発振方法 | |
| CN103762489B (zh) | 波长连续可调谐激光装置 | |
| CN105119142B (zh) | 一种外腔调谐激光器 | |
| US4173001A (en) | Laser apparatus | |
| US4318057A (en) | Optically pumped isotopic ammonia laser system | |
| JPS6016479A (ja) | 単一周波数発振レ−ザ装置 | |
| CN103794978B (zh) | 一种使用二次曲面镜的高功率窄线宽可调谐激光器 | |
| CN114122882B (zh) | 一种基于单块环形腔的波长宽调谐单纵模激光器 | |
| CN113904208B (zh) | 一种高纯度拉盖尔高斯光束产生系统及其产生方法 | |
| US9008144B2 (en) | Low noise optically pumped laser structures utilizing dispersion elements | |
| CN114665369A (zh) | 一种单频窄线宽中波红外原子气室激光器及激光干涉仪 | |
| Vogelmann et al. | Transverse-pumping approach for a powerful single-mode Ti: sapphire laser for near infrared lidar applications | |
| CN114050470B (zh) | 一种稀土晶体红外激光器的波长控制方法 | |
| CN112909721B (zh) | 一种腔内同时调控激光横模和纵模的方法与系统 | |
| CN114825018A (zh) | 一种单波长激光产生宽光谱范围频率梳激光的装置及方法 | |
| LI et al. | Single-frequency orbital angular momentum switchable modes from a microchip laser | |
| CN217507916U (zh) | 一种双波长黄光激光器装置 | |
| Kittrell et al. | Simultaneous tunable two-wavelength operation of flashlamp pumped dye lasers | |
| CN106711744A (zh) | 一种实现可调谐激光器在波长扫描过程中纵模序数保持不变的谐振腔几何设计方法 | |
| CN112993730A (zh) | 基于Er:YAG薄片中红外光参量振荡器双波长泵浦源及输出方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160330 |