CN104659643A - 一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器 - Google Patents

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本发明公开了一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，激光二极管泵浦源发出泵浦光，经传能光纤出射，准直为平行光后入射偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将非偏振的泵浦光按水平和竖直两个偏振方向分开，其中水平偏振方向泵浦光直接通过偏振分光棱镜，而竖直偏振方向泵浦光被反射；直接透过偏振分光棱镜的水平偏振泵浦光经过设置于偏振分光棱镜和激光晶体之间任意位置上的半波片作用，偏振方向变为竖直偏振后以π偏光进入激光晶体；反射的竖直偏振泵浦光经耦合透镜聚焦以π偏光透过泵浦激光晶体；激光晶体在泵浦作用下发生粒子数反转，在激光反射镜和激光输出镜构成的激光器谐振腔反馈作用下产生914nm激光振荡，经激光输出镜耦合输出后再经过分光镜出射，获得914nm激光输出。

Description

一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域中的激光器领域，尤其涉及一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器。
背景技术
波长0.9μm附近激光以及其倍频获得的450-460nm波段激光具有广泛的应用背景，利用掺钕(Nd3+)钒酸盐激光工作介质的4F3/2→4I9/2跃迁是产生0.9μm附近激光最为常用的方法，具有受激发射截面大，偏振性好等显著优点，常用晶体包括掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)、掺钕钒酸钆(Nd:GdVO4)、掺钕钒酸镥(Nd:LuVO4)等。
掺钕钒酸盐0.9μm激光器存在一个显著的缺陷在于激光工作介质本身对于0.9μm激光的再吸收作用较强，掺杂浓度0.5％的Nd:YVO4对914nm的π偏振光吸收系数大于0.25cm-1，因此必须选择低掺杂浓度(一般不超过0.15％)且长度较短(一般不超过6mm)的晶体作为工作介质，否则难以出光。低掺杂浓度和短晶体长度带来的直接影响便是晶体对泵浦光吸收较差，文献“High power diode-pumped 914-nm Nd:YVO4laser”(中国光学快报COL8(5),499-501,2010)给出掺杂浓度0.1％，长度5-6mm的Nd:YVO4晶体对光纤耦合输出半导体激光器发射的808nm非偏振泵浦光吸收百分比仅为55-60％，严重限制了激光器的光光效率。
针对这一问题，文献“Quasi-Three-Level Neodymium Vanadate Laser Operation underPolarized Diode Pumping:Theoretical and Experimental Investigation，Laser Physics(激光物理)，Vol.22(8)，1279-1285，2012”中提出采用偏振光泵浦的方式：由于a切割的钒酸盐晶体对于π偏振的泵浦光吸收系数和吸收带宽远大于σ偏振方向，因此采用偏振片将光纤耦合输出的泵浦光按偏振方向分开，仅π偏振分量入射激光晶体中，可明显提高激光器相对入射泵浦功率的转换效率。然而，由于有一半的泵浦光没有被利用，激光器本身的光光效率并未得到实质上的改善。
发明内容
本发明提供了一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，本发明解决了掺钕钒酸盐0.9μm激光器中激光晶体掺杂浓度低、长度短致使泵浦吸收差、光光效率低的问题，详见下文描述：
一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，包括：镀有泵浦光增透膜的耦合透镜组、偏振分光棱镜、半波片；镀有泵浦光高反膜的泵浦光反射镜；镀有泵浦光高透、激光高反膜系、且为平镜的激光反射镜和分光镜；镀有泵浦光和激光增透膜系的激光晶体；镀有泵浦光高透、914nm激光部分反射膜系且为平镜的激光输出镜；
激光二极管泵浦源发出泵浦光，经传能光纤出射，准直为平行光后入射偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将非偏振的泵浦光按水平和竖直两个偏振方向分开，其中水平偏振方向泵浦光直接通过偏振分光棱镜，而竖直偏振方向泵浦光被反射；
直接透过偏振分光棱镜的水平偏振泵浦光经过设置于偏振分光棱镜和激光晶体之间任意位置上的半波片作用，偏振方向变为竖直偏振后以π偏光进入激光晶体；反射的竖直偏振泵浦光经耦合透镜聚焦后以π偏光透过泵浦激光晶体；
激光晶体在泵浦作用下发生粒子数反转，在激光反射镜和激光输出镜构成的激光器谐振腔反馈作用下产生914nm激光振荡，经激光输出镜耦合输出后再经过分光镜出射，获得914nm激光输出。
所述激光晶体为Nd:YVO4晶体、掺钕钒酸钆或掺钕钒酸镥。
本发明提供的技术方案的有益效果是：对半导体激光器输出的非偏振泵浦光进行偏振分光后改变σ分量的偏振态为π偏振，从而对0.9μm激光器所用的低浓度、短尺寸激光晶体实现双端偏振泵浦；与现有技术相比，双端偏振泵浦一方面能够明显提高泵浦吸收，提高激光器的光光效率；另一方面，在满足泵浦吸收的前提下可以进一步缩短所使用激光晶体的长度，从而在降低成本的同时也能够减小激光器的再吸收损耗，提高激光器的内部效率。
附图说明
图1为实施例1提供的一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器的示意图；
图2为实施例2提供的一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器的示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1：激光二极管泵浦源；           2：传能光纤；
3：耦合透镜；                   4：偏振分光棱镜；
5：泵浦光反射镜；               6：半波片；
7：激光反射镜；                 8：激光晶体；
9：激光输出镜；                 10：分光镜；
3-1：第一耦合透镜；             3-2：第二耦合透镜；
3-3：第三耦合透镜；             5-1：第一泵浦光反射镜；
5-2：第二泵浦光反射镜；         5-3：第三泵浦光反射镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例1
一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，参见图1，包括：808nm激光二极管泵浦源1、传能光纤2、耦合透镜3(包括：第一耦合透镜3-1、第二耦合透镜3-2和第三耦合透镜3-3)、偏振分光棱镜4、泵浦光反射镜5(包括：第一泵浦光反射镜5-1、第二泵浦光反射镜5-2和第三泵浦光反射镜5-3)、半波片6、激光反射镜7、激光晶体8、激光输出镜9和分光镜10。
其中，耦合透镜3、偏振分光棱镜4、半波片6镀有泵浦光增透膜，泵浦光反射镜5镀有泵浦光高反膜，激光反射镜7和分光镜10均为平镜，镀有泵浦光高透、激光高反膜系，激光晶体8为掺钕钒酸钇(Nd:YVO4)晶体，镀有泵浦光和激光增透膜系，激光输出镜9为平镜，镀有泵浦光高透、914nm激光部分反射膜系。
808nm激光二极管泵浦源1发出泵浦光，经传能光纤2出射，被第一耦合透镜3-1准直为平行光后入射偏振分光棱镜4，偏振分光棱镜4将非偏振的808nm泵浦光按水平和竖直两个偏振方向分开，其中水平偏振方向泵浦光直接通过偏振分光棱镜4，而竖直偏振方向泵浦光被反射；激光晶体8放置方向为c轴竖直放置，因此竖直偏振的泵浦光相对激光晶体8为吸收系数较高的π偏光；直接透过偏振分光棱镜4的水平偏振泵浦光经过设置于偏振分光棱镜4和激光晶体8之间任意位置上的半波片6作用，偏振方向变为竖直偏振后再经第二耦合透镜3-2聚焦后以π偏光进入激光晶体8；另一路被偏振分光棱镜4反射的竖直偏振泵浦光经第一泵浦光反射镜5-1、第二泵浦光反射镜5-2和第三泵浦光反射镜5-3反射以及第三耦合透镜3-3聚焦后以π偏光泵浦激光晶体8的另一端，即实现了对激光晶体8的双端偏振泵浦和对泵浦光的充分利用；激光晶体8在泵浦作用下发生粒子数反转，在激光反射镜7和激光输出镜9构成的激光器谐振腔反馈作用下产生914nm激光振荡，经激光输出镜9耦合输出后再经过分光镜10出射，获得纯净的914nm激光输出。
其中，激光晶体8可以是Nd:YVO4晶体，也可以是掺钕钒酸钆(Nd:GdVO4)、掺钕钒酸镥(Nd:LuVO4)等能够发射0.9μm激光的常用激光增益介质，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
当激光晶体8为Nd:YVO4晶体，掺杂浓度0.1％、长5mm时，考虑泵浦光路中的损耗，在双端π偏振泵浦下激光晶体8对于激光二极管发射的808nm泵浦光吸收百分比仍大于80％，相对现有技术能够大幅提高激光器的光光效率。
其中，二极管泵浦源波长可以是808nm，可以是880nm或888nm附近等其他吸收峰波长，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
其中，0.9μm激光运转方式可以为连续波运转，也可以为调制、调Q或锁模等其他运转方式，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
其中，构成0.9μm激光谐振腔的激光反射镜7和激光输出镜9可以为平镜，也可以为凹镜和凸镜等不同曲率的镜片，激光谐振腔可采用两镜腔也可以是多镜腔，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本实施例通过对激光二极管发射的非偏振泵浦光进行偏振分光后利用半波片改变其中一路泵浦光的偏振态，使得泵浦光能够全部以π偏振泵浦掺钕钒酸盐激光增益介质，大幅改善泵浦吸收从而提高激光器的光光效率，解决目前0.9μm激光器技术中泵浦吸收差限制激光器光光效率的问题。
实施例2
一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，参见图2，与实施例1不同的是激光晶体8的放置方向为c轴水平放置，因此经过偏振分光棱镜4出射的水平偏振泵浦光相对激光晶体8为π偏振，经第二耦合透镜3-2聚焦后进入激光晶体8；半波片6设置于被偏振分光棱镜4反射的竖直偏振泵浦光光路上，将其偏振方向改变为水平偏振以实现对激光晶体8的双端π偏振泵浦。
其余的操作过程均与实施例1相同，本实施例在此不再赘述。具体实现时，可根据对激光输出偏振态的要求选择采用实施例1或者实施例2提供的实施方式。
本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
综上所述，本实施例通过对激光二极管发射的非偏振泵浦光进行偏振分光后利用半波片改变其中一路泵浦光的偏振态，使得泵浦光能够全部以π偏振泵浦掺钕钒酸盐激光增益介质，大幅改善泵浦吸收从而提高激光器的光光效率，解决目前0.9μm激光器技术中泵浦吸收差限制激光器光光效率的问题。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，包括：镀有泵浦光增透膜的耦合透镜组、偏振分光棱镜、半波片；镀有泵浦光高反膜的泵浦光反射镜；镀有泵浦光高透、激光高反膜系、且为平镜的激光反射镜和分光镜；镀有泵浦光和激光增透膜系的激光晶体；镀有泵浦光高透、914nm激光部分反射膜系且为平镜的激光输出镜；其特征在于，
激光二极管泵浦源发出泵浦光，经传能光纤出射，准直为平行光后入射偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将非偏振的泵浦光按水平和竖直两个偏振方向分开，其中水平偏振方向泵浦光直接通过偏振分光棱镜，而竖直偏振方向泵浦光被反射；
直接透过偏振分光棱镜的水平偏振泵浦光经过设置于偏振分光棱镜和激光晶体之间任意位置上的半波片作用，偏振方向变为竖直偏振后以π偏光进入激光晶体；反射的竖直偏振泵浦光经耦合透镜聚焦后以π偏光透过泵浦激光晶体；
激光晶体在泵浦作用下发生粒子数反转，在激光反射镜和激光输出镜构成的激光器谐振腔反馈作用下产生914nm激光振荡，经激光输出镜耦合输出后再经过分光镜出射，获得914nm激光输出。
2.根据权利要求1所述的一种双端偏振泵浦的0.9μm激光器，其特征在于，所述激光晶体为Nd:YVO4晶体、掺钕钒酸钆或掺钕钒酸镥。
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