CN104269727A - 一种有效消除热效应的二极管泵浦固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及二极管泵浦的固体激光器技术领域。本发明在激光棒和泵浦源的耦合透镜之间增加一个高阶的四分之一波片，并且所述波片前表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜，在所述波片后表面镀激光波长高反射膜和泵浦光波长的增透膜；在所述激光棒前表面镀激光波长的部分反射膜和泵浦光波长的高反射膜，在所述激光棒后表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜。利用本发明，可以起到降低热致偏振的影响，有效消除热效应，提高激光器输出稳定性的作用。

Description

一种有效消除热效应的二极管泵浦固体激光器

 

技术领域：

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及二极管泵浦的固体激光器技术领域。

 

背景技术：

通常各向同性的固体激光增益介质：如YAG，在实际工作条件下，因为泵浦不均匀、晶体掺杂不均匀、晶格缺陷、泵浦光不均匀、机械应力导致折射率不均匀、冷却不均匀的温度梯度导致折射率不均匀等因素，会表现出一定的各向异性，从而对通过晶体的不同偏振态的光会具有不同的折射率、透射率和一定的偏振旋转作用，即所谓的热致偏振（或退偏振）作用。

激光二极管发出的泵浦光通常是接近线偏振态的偏振光，这样如果晶体棒在工作状态下具有一定的热致偏振性或退偏振作用的话，一旦泵浦光的偏振方向和晶体热致偏振方向不一致，泵浦光就不一定能够很好地被吸收，从而降低了激光器效率。另一方面，激光器在发生激光振荡后，具有一定偏振态的激光会在谐振腔内往复振荡，多次通过激光晶体。激光晶体具有一定热致偏振性后，不同的偏振态的激光在晶体因热效应而导致的偏振方向上会产生不同的损耗和能量提取效率。如果激光本征偏振态和晶体热致偏振方向相差甚远，就有可能增大对激光的损耗，降低输出能量，或者改变输出激光的偏振态分布。

另外，热致偏振特性通常是不稳定的，这样又会造成激光输出明显的起伏。

 

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术存在的不足而提供一种可改变泵浦光和腔内振荡激光的偏振态，使其在空间上和时间上均匀化，进而可以对分布在各个偏振态上的储能都进行有效提取的方法，从而起到降低热致偏振的影响，提高激光器输出稳定性的作用。

      为达到本发明的目的，本发明在激光棒和泵浦源的耦合透镜之间增加一个高阶的四分之一波片，并且所述波片前表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜，在所述波片后表面镀激光波长高反射膜和泵浦光波长的增透膜；在所述激光棒前表面镀激光波长的部分反射膜和泵浦光波长的高反射膜，在所述激光棒后表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜。

      本发明可以使振荡激光的优势偏振态发生周期交替，从而实现对两个偏振态上储能的对称提取，消除热致偏振对输出能量稳定性的影响，最后输出能量稳定的圆偏振光。

 

附图说明：

图1是本发明的激光器结构说明图。

图2是本发明的具体实施例的激光起振时某个偏振方向为水平偏振

    的示意图。

图3 是本发明的具体实施例的激光第一次经过具有热致偏振效应的

     晶体棒时发生退偏的示意图。

图4 是本发明的具体实施例的退偏后的偏振光被波片腔镜反射后偏

     振态发生90度旋转后的示意图。

图5 是本发明的具体实施例的不同偏振态在通过往复的偏振态转

     换，最终输出能量稳定的圆偏振光的过程示意图。

图6是本发明的具体实施方式采用布儒斯特偏振片对输出的偏振光

     进行监测的示意图。

 

具体实施方式：

      下面结合附图对本发明作进一步的说明：

      图1是本发明的激光器结构说明图。

      由图1可知，本发明的激光器在激光棒和泵浦源之间增加了一个高阶的四分之一波片。并且所述波片前表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜，在所述波片后表面镀激光波长高反射膜和泵浦光波长的增透膜；在所述激光棒前表面镀激光波长的部分反射膜和泵浦光波长的高反射膜，在所述激光棒后表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜。激光棒的前表面与波片的后表面通过光学调整达到平行，构成激光谐振腔 。

      在泵浦光进入激光晶体前，会因为四分之一波片的作用变成接近圆偏振的光，这样就对晶体棒的偏振作用不敏感了，使两种不同偏振态的泵浦能量都能得到基本相当的吸收。

      因为波片的后表面又作为激光器的后腔镜，激光每次振荡都要往复通过一次四分之一波片，形成偏振态90度的旋转。在提取储能的往复振荡过程中，两种偏振态会交替通过晶体棒的同一位置，储能得到均匀的提取。这样分布在两种偏振态上的激光能量也会在多次往复振荡中得到平衡，最终输出在两个偏振方向上能量相当的激光，从而消除了热致偏振效应对激光能量稳定性的影响。

    以激光产生过程中的某一个偏振态所经历的过程为例，对泵浦光、激光偏振态变化过程和晶体棒热致偏振方向的关系做一陈述。

   图2是本发明的具体实施例的激光起振时某个偏振方向为水平偏振示意图。

      图3 是本发明的具体实施例的第一次经过具有热致偏振效应的晶体棒时发生退偏的示意图。

      图4 是本发明的具体实施例的退偏后的偏振光被波片腔镜反射后偏振态发生90度旋转后的示意图。

      图5 是本发明的具体实施例的不同偏振态在通过往复的偏振态转换，最终输出能量稳定的圆偏振光的过程示意图。

      图6是本发明的具体实施方式采用布儒斯特偏振片对输出的偏振光进行监测示意图。

      由图2可见，激光起振时某个偏振方向为水平偏振，

      由图3可见，激光起振后，由水平偏振方向第一次经过具有热致偏振效应的晶体棒时发生了退偏，产生了正交的偏振分量S、P，成为部分偏振光。

      由图4可见，此部分偏振光被波片腔镜反射后偏振态发生90度旋转，成为与图3中的偏振态为镜像关系的部分偏振光。

      由图5可见，激光起振后，第一程中，如果由于S偏振光能量弱，S偏振态上提取的能量少于P偏振态；那么在第二程中，被四分之一波片腔镜反射后偏振态发生90度旋转后，S光能量变大，在S偏振态上提取的能量大于P偏振态；......如此在激光往复振荡过程中，激光棒中的能量提取过程不断重复以上转化过程。到激光输出的时刻，P光和S光的能量，由于这种甚多次的交替提取和放大而形成了统计平均效果，最后达到了平衡，从而输出能量相当的P光和S光，形成能量稳定的圆偏振光输出。

      在激光输出后，可以如图6所示，采用一个布儒斯特偏振片对出射激光进行分光。布儒斯特偏振片的原理是在表面镀制多层介质膜形成玻片堆结构，利用光线以布儒斯特角入射介质表面时P光与S光在界面上透过率的差异，实现对入射光线偏振态的有效分离；布儒斯特偏振片是一个平板元件，放置在激光传播的光路上，其表面与入射激光夹33度角，如图6所示，或者说激光以57度的入射角入射（法线垂直平板表面，光线与法线的夹角称为入射角）。在这种条件下，透射光为基本纯净的P偏振光，反射光为基本纯净的S偏振光；从而使S光和P光在传播方向上分开，然后分别用能量计1、2（或功率计）对两个不同偏振态的激光进行测量，如果两个偏振态的激光能量的差别在测量误差范围内为零，就可以认为这两个偏振态的能量相当；最终输出的激光在S偏振态和P偏振态上的能量达到了平衡，从而形成能量稳定的圆偏振光。

      以上所述仅是本发明的实施例之一，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (1)

1.一种二极管端面泵浦固体激光器，其特征在于：

——   在激光棒和泵浦源的耦合透镜之间增加一四分之一波片；

—— 在所述的四分之一波片前表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜，后表面镀激光波长高反射膜和泵浦光波长的增透膜；

—— 所述激光棒前后表面加工成平行的平面；

—— 所述激光棒前表面镀激光波长的部分反射膜和泵浦光波长的高反射膜，后表面镀激光波长和泵浦光波长的增透膜。