CN105024271A - 一种光泵浦矢量光束固体激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光泵浦矢量光束固体激光器，基于固体激光器工作原理，由镀有激光反射膜的固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，结合布鲁斯特角的偏振选择特性，构建圆锥面光场回返元件作为谐振腔腔镜，利用布鲁斯特角实现偏振态选择，实现腔内径向偏振矢量光束产生，基于圆环形圆锥曲面实现腔内径向偏振矢量光束强聚焦，实现纵向偏振态光场输出。本发明装置制作工艺简单、结构简洁、便于构建、便于装调，具有可靠性高、灵活性强、应用范围广等特点；本发明可以实现纵向偏振态光场输出，在激光谐振腔内进行模式选择输出，输出光束质量高。

Description

一种光泵浦矢量光束固体激光器

技术领域

本发明涉及一种光学技术，特别涉及一种光泵浦矢量光束固体激光器。

背景技术

激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。目前常见激光产生装置有气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器，近期文献中也展示了纳米激光器、活体生物激光器等新型激光器。固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为固体激光器基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理－化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。固体激光器在激光加工、光电检测、光学显微、光学微操纵、光信息存储、光谱技术、激光测量、光纤通讯、激光制导、激光医学、光通信等领域中有广泛的用途，它常用于测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气检测、光谱研究、外科和眼科手术、等离子体诊断、脉冲全息照相以及激光核聚变等方面。

在先技术中，存在光泵浦固体激光器，参见一个已经授权美国专利，美国专利名称：Solid-state laser，专利号：US8165182B2，授权时间：2012年4月24日，发明人：Adolf Giesen等人。该光泵浦固体激光器具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足：1）系统采用基于反射式部件的固态增益结构，同时包含有基于反射镜补偿模块，使得系统对制备工艺要求很高，制备激光器的工序复杂、难度大；2）激光器系统在反射式补偿模块设置在两反射镜内，所有器件相互位置和方位设置要求高，并且导致整个系统结构复杂，装调难度大，可靠性降低，限制了光源使用范围和应用灵活性；3）此激光器在本质上无法实现纵向偏振态光场输出。

发明内容

本发明是针对现有光泵浦固体激光器存在的问题，提出了一种光泵浦矢量光束固体激光器，克服现有技术对制备工艺要求很高，制备激光器的工序复杂、难度大，及在本质上无法实现纵向偏振态光场输出的问题，本发明具有制作工艺简单、结构简洁、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、可实现纵向偏振态光场输出、光束质量高等特点。

本发明的技术方案为：一种光泵浦矢量光束固体激光器，包括泵浦源、固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件，泵浦源、固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件依次设置在同一个光轴上,固态增益介质元件为平板结构，两个光学工作面上均有光学薄膜，面对着泵浦源的第一光学工作面上的光学薄膜高反射激光波长光，同时高透过泵浦光波长光；面对着圆锥面光场回返元件的第二光学工作面上的光学薄膜高透过激光波长光和泵浦光波长光；圆锥面光场回返元件为轴对称棱镜结构，前端为顶端圆锥曲面，后端为垂直于对称轴的顶端平面，在圆锥曲面和顶端平面之间为圆环形圆锥曲面，圆锥面光场回返元件沿着对称轴方向的切面剖物面为轴对称五边形，圆锥面光场回返元件的顶端圆锥曲面朝向固态增益介质元件，圆锥面光场回返元件对称轴垂直于固态增益介质元件第一光学工作面上的激光反射膜，顶端圆锥曲面与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，泵浦源出射泵浦光束照射在固态增益介质元件上。

所述泵浦源和固态增益介质元件之间还设置有透射式光束整形部件、衍射式光束整形部件、反射式光束整形部件中的一种。

所述固态增益介质元件上的第一光学工作面上的激光反射膜在激光工作波长处的反射率大于98%。

所述所述圆锥面光场回返元件为玻璃轴对称棱镜结构、晶体轴对称棱镜结构、高分子透光材料轴对称棱镜结构中的一种。

所述泵浦源为非相干光源、半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。

本发明的有益效果在于：本发明光泵浦矢量光束固体激光器，基于固体激光器工作原理，由镀有激光反射膜的固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，本发明装置制作工艺简单、结构简洁、便于构建；圆锥面光场回返元件的顶端圆锥曲面朝向镀膜固态增益介质元件，系统结构简单、便于装调，具有可靠性高、灵活性强、应用范围广等特点；本发明结合布鲁斯特角的偏振选择特性，构建圆锥面光场回返元件作为谐振腔腔镜，利用布鲁斯特角实现偏振态选择，实现腔内径向偏振矢量光束产生，基于圆环形圆锥曲面实现腔内径向偏振矢量光束强聚焦，实现纵向偏振态光场输出。因此，本发明可以实现纵向偏振态光场输出，在激光谐振腔内进行模式选择输出，输出光束质量高。

附图说明

图1为本发明光泵浦矢量光束固体激光器结构示意图。

具体实施方式

如图1所示光泵浦矢量光束固体激光器结构示意图，光泵浦矢量光束固体激光器包括泵浦源1、固态增益介质元件3、圆锥面光场回返元件4；固态增益介质元件3为平板结构，固态增益介质元件3的第一光学工作面301上设置有光学薄膜，对激光波长光具有高反射率，对泵浦光波长光具有高透过率，固态增益介质元件3的第二光学工作面302上设置有光学薄膜，对激光波长光和泵浦光波长光具有高透过率；固态增益介质元件3和圆锥面光场回返元件4构成激光谐振腔，固态增益介质元件3的第二光学工作面302朝向圆锥面光场回返元件4；圆锥面光场回返元件4为轴对称棱镜结构（轴为图中点画线），一端为顶端圆锥曲面401，另一端为垂直于对称轴的顶端平面403，在圆锥曲面401和顶端平面403之间为圆环形圆锥曲面402，沿着对称轴方向的切面剖物面为轴对称五边形；圆锥面光场回返元件4的顶端圆锥曲面401朝向固态增益介质元件3，圆锥面光场回返元件4对称轴垂直于固态增益介质元件3的激光反射膜301，顶端圆锥曲面401与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角θ，实现腔内径向偏振矢量光束5产生，平行光轴光场在圆环形圆锥曲面402发生反射；泵浦源1设置在激光谐振腔的固态增益介质元件3一端的外侧，泵浦源1出射泵浦光束照射在固态增益介质元件3上。

本实施例中，泵浦源1和固态增益介质元件3之间设置有透射式光束整形部件2；固态增益介质元件3的光学工作面301在激光工作波长1064纳米处的反射率为99%；圆锥面光场回返元件为玻璃轴对称棱镜结构；泵浦源1为808纳米波长的激光二极管。

本实施例的工作过程为：泵浦源1出射的808纳米波长泵浦光场，经过透射式光束整形部件2会聚到固态增益介质元件3上；固态增益介质元件3发生受激辐射，固态增益介质元件3和圆锥面光场回返元件4构成激光谐振腔，固态增益介质元件3的第二光学工作面302朝向圆锥面光场回返元件4；受激辐射光场在激光谐振腔内进行振荡，受激辐射光场在经过圆锥面光场回返元件4时，在圆锥面光场回返元件4的圆锥曲面401处发生布鲁斯特角作用，实现了系统对光场偏振特性的选择调节作用，实现激光谐振腔的径向偏振矢量光场激发谐振模式，在圆锥面光场回返元件4的圆环形圆锥曲面402作用下发生径向偏振矢量光场会聚效应，在顶端圆锥曲面401光场输出一侧产生纵向偏振态光场；由于是在激光谐振腔内实现的偏振调控和光场模式选择输出，得到了高质量出射矢量光束。

本实施例在圆锥面光场回返元件4的顶端平面403一侧实现了1064纳米波长的纵向偏振态光场输出。本发明具有制作工艺简单、结构简洁、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、可实现纵向偏振态光场输出、光束质量高等特点。

所述的泵浦源和固态增益介质元件之间设置有透射式光束整形部件、衍射式光束整形部件、反射式光束整形部件中的一种。

所述固态增益介质元件上的第一光学工作面上的激光反射膜在激光工作波长处的反射率大于98%。

所述圆锥面光场回返元件为玻璃轴对称棱镜结构、晶体轴对称棱镜结构、高分子透光材料轴对称棱镜结构中的一种。

所述的泵浦源为非相干光源、半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。

本发明中固体激光器工作原理和技术、布鲁斯特角作用原理、圆锥面光学工作面加工技术、光泵浦、矢量光场聚焦性质均为成熟技术。本发明的发明点在于基于固体激光器和圆锥面光学作用原理，结合布鲁斯特角的偏振选择特性，构建圆锥面光场回返元件作为谐振腔腔镜，利用布鲁斯特角实现偏振态选择，实现腔内径向偏振矢量光束产生，基于圆环形圆锥曲面实现腔内径向偏振矢量光束强聚焦，实现纵向偏振态光场输出。

Claims (5)

1.一种光泵浦矢量光束固体激光器，其特征在于，包括泵浦源、固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件，泵浦源、固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件依次设置在同一个光轴上,固态增益介质元件为平板结构，两个光学工作面上均有光学薄膜，面对着泵浦源的第一光学工作面上的光学薄膜高反射激光波长光，同时高透过泵浦光波长光；面对着圆锥面光场回返元件的第二光学工作面上的光学薄膜高透过激光波长光和泵浦光波长光；圆锥面光场回返元件为轴对称棱镜结构，前端为顶端圆锥曲面，后端为垂直于对称轴的顶端平面，在圆锥曲面和顶端平面之间为圆环形圆锥曲面，圆锥面光场回返元件沿着对称轴方向的切面剖物面为轴对称五边形，圆锥面光场回返元件的顶端圆锥曲面朝向固态增益介质元件，圆锥面光场回返元件对称轴垂直于固态增益介质元件第一光学工作面上的激光反射膜，顶端圆锥曲面与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，固态增益介质元件和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，泵浦源出射泵浦光束照射在固态增益介质元件上。

2.根据权利要求1所述光泵浦矢量光束固体激光器，其特征在于，所述泵浦源和固态增益介质元件之间还设置有透射式光束整形部件、衍射式光束整形部件、反射式光束整形部件中的一种。

3.根据权利要求1或2所述光泵浦矢量光束固体激光器，其特征在于，所述固态增益介质元件上的第一光学工作面上的激光反射膜在激光工作波长处的反射率大于98%。

4.根据权利要求1或2所述光泵浦矢量光束固体激光器，其特征在于，所述所述圆锥面光场回返元件为玻璃轴对称棱镜结构、晶体轴对称棱镜结构、高分子透光材料轴对称棱镜结构中的一种。

5.根据权利要求1或2所述光泵浦矢量光束固体激光器，其特征在于，所述泵浦源为非相干光源、半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。