CN104201552A - Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器 - Google Patents

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戴通宇
姚宝权
鞠有伦
邓云
王月珠
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Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，涉及一种单纵模固体激光发射装置。本发明所述利用两片四分之一波片，采用扭转模技术消除Er:YAG激光器空间烧孔效应，当一束左旋的圆偏振光与一束右旋圆偏振光在Er:YAG晶体内相遇时，他们之间存在着π/4的相位差，使Er:YAG晶体中形成均匀的能量分布，从而消除激光器空间烧孔效应的影响，最终实现Er:YAG激光器单纵模激光输出。通过改变波长调谐元件的角度达到改变激光器谐振腔损耗的目的，从而实现Er:YAG单纵模激光器的调谐。本发明适用于作为单纵模激光器。

Description

Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器
技术领域
本发明涉及一种单纵模固体激光发射装置。
背景技术
由于具有相干性好、线宽窄、频率稳定等特点，单纵模激光器广泛的应用于光学频标、精细光谱测量、相干通信、激光雷达等领域。1.6μm激光位于人眼安全波段，处于大气传输窗口，并且具有不同大气条件下性能稳定的特点，因此1.6μm波段单纵模激光器在军事、医疗、科学研究等诸多领域显示出越来越广泛的应用前景。目前，以Er掺杂激光晶体为工作介质，利用短腔法、F-P标准具法、非平面环型腔法实现单掺Er激光器的1.6μm单纵模激光输出，是获得1.6μm单纵模激光的主要技术方案。其中，短腔法结构简单、结构稳定性好、最容易获得单纵模输出，但激光工作介质的长度较短，激光器的增益有限，极大的限制了激光器的单纵模输出功率，同时，其光束指向性较差，无法实现较大范围的波长调谐；非平面环形腔虽然可获得稳定的高功率单纵模激光输出，但是其结构设计复杂，并且由于此种结构要求工作物质必须具有磁光效应特性，所以限制了非平面环形腔的应用范围；F-P标准具法结构相对简单，并且具有一定的调谐范围，但其输出单纵模激光的稳定性受F-P标准具影响极大，调试相对困难，从而导致其稳定性较差，另外，F-P标准具单纵模激光器激光增益介质较短，这也在一定程度上限制了其单纵模激光输出功率。
发明内容
本发明是为了适应对高功率可调谐单纵模激光器的需求，提出了一种Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器。
本发明所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，它包括LD泵浦光发生器、激光器输入镜、一号四分之一波片、Er:YAG晶体、二号四分之一波片、起偏元件、波长调谐元件、激光器输出镜和泵浦光耦合系统；泵浦光耦合系统包括一号变换透镜和二号变换透镜；
所述激光器输入镜的表面均镀有泵浦光高透且振荡光高反的介质膜，一号变换透镜和二号变换透镜的表面均镀有泵浦光高透的介质膜，一号四分之一波片、二号四分之一波片和Er:YAG晶体的两个侧面均镀有泵浦光及振荡光高透的介质膜；
LD泵浦光发生器发射的泵浦光经泵浦光耦合系统的一号变换透镜入射至二号变换透镜，经泵浦光耦合系统进行耦合后的泵浦光入射至激光器输入镜，经激光器输入镜后的泵浦光入射至一号四分之一波片，经一号四分之一波片后的泵浦光入射至Er:YAG晶体，经Er:YAG晶体后的振荡光入射至二号四分之一波片；
经二号四分之一波片后的振荡光经起偏元件启偏后变为线偏振光并经波长调谐元件后入射至激光器输出镜；经过激光器输出镜后一部分线偏振光射出，
另一部分线偏振光经激光器输出镜反射至起偏元件，经起偏元件后的线偏振光经波长调谐元件入射至二号四分之一波片，经二号四分之一波片后变为左旋或右旋圆偏振光，左旋或右旋圆偏振光入射至Er:YAG晶体，经Er:YAG晶体后的左旋或右旋圆偏振光入射至一号四分之一波片，经一号四分之一波片后的线偏振光入射至激光器输入镜，经激光器输入镜反射后的线偏振光入射至一号四分之一波片，经一号四分之一波片后变为右旋或左旋圆偏振光，当经一号四分之一波片后的左旋或右旋圆偏振光和经二号四分之一波片后的右旋或左旋圆偏振光同时输入至Er:YAG晶体时，使Er:YAG晶体中形成均匀的能量分布，从而消除激光器空间烧孔效应的影响，获得单纵模激光，单纵模激光经二号四分之一波片、起偏元件后入射至波长调谐元件，单纵模激光经波长调谐元件进行波长调谐后获得波长可调的单纵模激光，可调的单纵模激光经激光器输出镜输出。
本发明利用两片四分之一波片，采用扭转模技术消除Er:YAG激光器空间烧孔效应，当一束左旋的圆偏振光与一束右旋圆偏振光在Er:YAG晶体内相遇时，他们之间存在着π/4的相位差，使Er:YAG晶体中形成均匀的能量分布，从而消除激光器空间烧孔效应的影响，最终实现Er:YAG激光器单纵模激光输出。通过改变波长调谐元件的角度达到改变激光器谐振腔损耗的目的，从而实现Er:YAG单纵模激光器的调谐。1.6μm连续单纵模激光从输出镜处输出。从而获得可调谐的高功率单纵模激光，当LD泵浦功率为8W时，可获得最高功率为315mW。为精细光谱测量和激光雷达等应用领域提供了一种稳定和激光增益介质长的激光。
附图说明
图1为本发明所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器的光路示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本实施方式，本实施方式所述Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，它包括LD泵浦光发生器10、激光器输入镜1、一号四分之一波片2、Er:YAG晶体3、二号四分之一波片4、起偏元件5、波长调谐元件6、激光器输出镜7和泵浦光耦合系统；泵浦光耦合系统包括一号变换透镜9和二号变换透镜8；
所述激光器输入镜1的表面均镀有泵浦光高透且振荡光高反的介质膜，一号变换透镜9和二号变换透镜8的表面均镀有泵浦光高透的介质膜，一号四分之一波片2、二号四分之一波片4和Er:YAG晶体3的两个侧面均镀有泵浦光及振荡光高透的介质膜；
LD泵浦光发生器10发射的泵浦光经泵浦光耦合系统的一号变换透镜9入射至二号变换透镜8，经泵浦光耦合系统进行耦合后的泵浦光入射至激光器输入镜1，经激光器输入镜1后的泵浦光入射至一号四分之一波片2，经一号四分之一波片2后的泵浦光入射至Er:YAG晶体3，经Er:YAG晶体3后的振荡光入射至二号四分之一波片4；
经二号四分之一波片4后的振荡光经起偏元件5启偏后变为线偏振光并经波长调谐元件6后入射至激光器输出镜7；经过激光器输出镜7后一部分线偏振光射出，
另一部分线偏振光经激光器输出镜7反射至起偏元件5，经起偏元件5后的线偏振光经波长调谐元件6入射至二号四分之一波片4，经二号四分之一波片4后变为左旋或右旋圆偏振光，左旋或右旋圆偏振光入射至Er:YAG晶体3，经Er:YAG晶体3后的左旋或右旋圆偏振光入射至一号四分之一波片2，经一号四分之一波片2后的线偏振光入射至激光器输入镜1，经激光器输入镜1反射后的线偏振光入射至一号四分之一波片2，经一号四分之一波片2后变为右旋或左旋圆偏振光，当经一号四分之一波片2后的左旋或右旋圆偏振光和经二号四分之一波片4后的右旋或左旋圆偏振光同时输入至Er:YAG晶体3时，使Er:YAG晶体3中形成均匀的能量分布，从而消除激光器空间烧孔效应的影响，获得单纵模激光，单纵模激光经二号四分之一波片4、起偏元件5后入射至波长调谐元件6，单纵模激光经波长调谐元件6进行波长调谐后获得波长可调的单纵模激光，可调的单纵模激光经激光器输出镜7输出。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器区别在于，波长调谐元件6采用1mm厚的F-P标准具。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器的进一步说明，起偏元件5采用0.5mm厚的F-P标准具。
具体实施方式四、本实施方式是对具体实施方式一所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器的进一步说明，激光器输出镜7采用透过率为3.5％，曲率半径200mm的平凹镜。
本发明所述单纵模激光器除去LD泵浦光发生器和泵浦光耦合系统后的单纵模激光器的谐振腔长度为90mm，LD泵浦光发生器发射的泵浦激光的波长为1532nm。
采用本发明所述结构，在1532nm LD泵浦功率为8W时，可获得最高功率为315mW的连续线偏振单纵模1.6μm激光，通过调整波长调谐元件的角度，可以实现Er:YAG单纵模激光器的波长调谐。本发明的优点是：整个激光器可做到全固态和小型化，可实现可调谐的连续单纵模1.6μm激光输出。

Claims (4)

1.Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，其特征在于，它包括LD泵浦光发生器(10)、激光器输入镜(1)、一号四分之一波片(2)、Er:YAG晶体(3)、二号四分之一波片(4)、起偏元件(5)、波长调谐元件(6)、激光器输出镜(7)和泵浦光耦合系统；泵浦光耦合系统包括一号变换透镜(9)和二号变换透镜(8)；
所述激光器输入镜(1)的表面均镀有泵浦光高透且振荡光高反的介质膜，一号变换透镜(9)和二号变换透镜(8)的表面均镀有泵浦光高透的介质膜，一号四分之一波片(2)、二号四分之一波片(4)和Er:YAG晶体(3)的前后两个侧面均镀有泵浦光及振荡光高透的介质膜；
LD泵浦光发生器(10)发射的泵浦光经泵浦光耦合系统的一号变换透镜(9)入射至二号变换透镜(8)，经泵浦光耦合系统进行耦合后的泵浦光入射至激光器输入镜(1)，经激光器输入镜(1)后的泵浦光入射至一号四分之一波片(2)，经一号四分之一波片(2)后的泵浦光入射至Er:YAG晶体(3)，经Er:YAG晶体(3)后的振荡光入射至二号四分之一波片(4)；
经二号四分之一波片(4)后的振荡光经起偏元件(5)启偏后变为线偏振光并经波长调谐元件(6)后入射至激光器输出镜(7)；经过激光器输出镜(7)后一部分线偏振光射出，另一部分线偏振光经激光器输出镜(7)反射至起偏元件(5)，经起偏元件(5)后的线偏振光经波长调谐元件(6)入射至二号四分之一波片(4)，经二号四分之一波片(4)后变为左旋或右旋圆偏振光，左旋或右旋圆偏振光入射至Er:YAG晶体(3)，经Er:YAG晶体(3)后的左旋或右旋圆偏振光入射至一号四分之一波片(2)，经一号四分之一波片(2)后的线偏振光入射至激光器输入镜(1)，经激光器输入镜(1)反射后的线偏振光入射至一号四分之一波片(2)，经一号四分之一波片(2)后变为右旋或左旋圆偏振光，当经一号四分之一波片(2)后的左旋或右旋圆偏振光和经二号四分之一波片(4)后的右旋或左旋圆偏振光同时输入至Er:YAG晶体(3)时，使Er:YAG晶体(3)中形成均匀的能量分布，从而消除激光器空间烧孔效应的影响，获得单纵模激光，单纵模激光经二号四分之一波片(4)、起偏元件(5)后入射至波长调谐元件(6)，单纵模激光经波长调谐元件(6)进行波长调谐后获得波长可调的单纵模激光，可调的单纵模激光经激光器输出镜(7)输出。
2.根据权利要求1所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，其特征在于，波长调谐元件(6)采用1mm厚的F-P标准具。
3.根据权利要求1所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，其特征在于，起偏元件(5)采用0.5mm厚的F-P标准具。
4.根据权利要求1所述的Er:YAG扭转模腔可调谐单纵模激光器，其特征在于，激光器输出镜(7)采用透过率为3.5％，曲率半径200mm的平凹镜。
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