CN105244748B - 一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，固体激光技术领域。本发明是为了满足对高稳定性、抗干扰能力强的单纵模2μm固体激光器的需求。单掺钬晶体在泵浦光的作用下产生相向传输的振荡光。入射的水平偏振光由角锥棱镜三个面全反射后，输出为垂直分量很大的椭圆偏振光，利用腔内偏振片反射出该光中的垂直分量，仅有少量水平偏振光能透过偏振片，沿着此方向传输的垂直偏振光在谐振腔内无法起振，形成不了激光输出。沿着与此方向相向传输的振荡光经过四分之一波片和角锥棱镜，通过旋转四分之一波片，使得振荡腔中此方向上的入射与出射角的光场分布保持相对不变，满足“自再现”条件，激光通过偏振片实现偏振单向输出。它还适用于其他激光器。
Description
技术领域
本发明属于固体激光技术领域，涉及一种单向行波环形2μm固体激光器，尤其是涉及一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器。
背景技术
由于稳定的2μm波段单纵模激光器的输出光束具有良好的方向性，单色性和相干性，在激光测距，激光成像，激光遥感等领域显示出越来越广泛的应用前景，特别是其相干长度较长，能够达到激光雷达的光源要求。2μm波段处于人眼安全波段和大气的弱吸收带，具有优异的大气传输特性，非常适用于大气中的中远距离探测。因此，单纵模2μm固体激光器成为激光成像雷达、多普勒相干测风雷达和测量地球大气浓度和温度变化的差分吸收雷达的首选光源。
目前实现单纵模2μm激光输出主要有两种方式，一是在腔内插入轴模选择元件选出单模，另一种是采用环形腔，消除腔内驻波效应及空间烧孔效应，在腔内插入光学隔离器，强制激光单向输出，从而获得单纵模。然而这两种方式均在腔内插入了额外元件，增加了腔内损耗，同时由于腔镜易失调造成激光器的机械稳定性差、频率稳定性不高等问题，还易受到外部环境影响，如振动强烈，温度突变，气流扰动等的影响，导致光束质量劣化，输出功率急剧下降，使得单纵模2μm固体激光器难以有效地运用在上面所提到的各项应用中。因此，获得高稳定性、抗干扰能力强的单纵模2μm固体激光器，就成为单纵模2μm固体激光器研究的重点。
发明内容
本发明为了满足对高稳定性、抗干扰能力强的单纵模2μm固体激光器的需求，提出了一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器。
一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，它包括泵浦光注入镜1、Ho:YLF晶体2、一号角锥棱镜3、一号偏振片4、二号角锥棱镜5和四分之一波片6；
一号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和泵浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔；
1.9μm泵浦光沿着a方向以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，通过泵浦光注入镜1后垂直入射至Ho:YLF晶体2，Ho:YLF晶体2在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光；
向b方向传输的水平偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜5，经二号角锥棱镜5三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4；经一号偏振片4将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的6区域进入，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光垂直入射至Ho:YLF晶体2；
向c方向传输的水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的3区域进入，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的6区域输出具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，经一号偏振片4将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
由所述经一号偏振片4沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
泵浦光注入镜1的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜；
Ho:YLF晶体2的表面镀有对1.9μm-2.1μm泵浦光高透膜；
一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜，高透膜的材料为JGS3光学石英玻璃；
一号偏振片4镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜；
四分之一波片6的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜。
向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光均为2μm水平偏振光。
Ho:YLF晶体2可由采用其他基质的单掺钬各向异性激光晶体替换，且晶体长度范围为10mm-100mm，晶体掺杂浓度范围为0.1％-6％。
一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，它包括泵浦光注入镜1、Ho:YAG晶体21、一号角锥棱镜3、一号偏振片4、二号角锥棱镜5、四分之一波片6和二号偏振片7；
一号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和泵浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔；
1.9μm泵浦光沿着a方向以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，通过泵浦光注入镜1后垂直入射至Ho:YAG晶体21，Ho:YAG晶体21在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输的椭圆偏振光和向c方向传输的椭圆偏振光；
向b方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜5，经二号角锥棱镜5三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4；经一号偏振片4将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的6区域入射，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片7，经二号偏振片7偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至Ho:YAG晶体21；
向c方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片7，经二号偏振片7偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的3区域入射，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的6区域输出具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，经一号偏振片4将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
由所述经一号偏振片4沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
泵浦光注入镜1的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜；
Ho:YAG晶体21的表面镀有对1.9μm-2.1μm泵浦光高透膜；
一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜，高透膜的材料为JGS3光学石英玻璃；
一号偏振片4镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜；
四分之一波片6的表面镀有对1.9μm-2.1μm荡光高透膜。
Ho:YAG晶体21可由采用不同基质的各向同性单掺钬激光晶体替代，且晶体长度范围为10mm-100mm，晶体掺杂浓度范围为0.1％-6％。
一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面直径为10mm-100mm，反射面曲率为0-1000mm。
本发明提出了一种获得单纵模2μm激光的新方式。采用双角锥环形谐振腔，偏振片作为激光输出镜，配合四分之一波片使用可以改变输出镜透过率，利用角锥棱镜的退偏效应，实现单向输出线偏振单纵模激光。角锥棱镜有三个互相垂直的空间反射平面和一个入射面，从任意方向射入的光线皆经三个反射面相继反射后，仍以入射光线严格平行的方向返回，使得双角锥环形谐振腔实现谐振腔的自准直功能，并且易于调节，即使在强烈振动和大幅度温度变化环境下，谐振腔始终保持准直，具有极强的抗失调能力，激光输出单纵模稳定性好，和普通直腔相比，可以在相同腔长情况下，缩小激光器体积。满足了对高稳定性、抗干扰能力强的单纵模2μm固体激光器的需求。本发明还适用于其他激光器。
附图说明
图1为实施方式一中一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的结构示意图；
图2为振荡光在角锥棱镜内经过三次全内反射示意图；
图3为沿角锥棱镜入射面方向观察结果；
图4为实施方式四中一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的结构示意图；
其中，泵浦光注入镜1；Ho:YLF晶体2；一号角锥棱镜3；一号偏振片4；二号角锥棱镜5；四分之一波片6，二号偏振片7；Ho:YAG晶体21。
具体实施方式
具体实施方式一、参照图1、图2和图3具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，它包括泵浦光注入镜1、Ho:YLF晶体2、一号角锥棱镜3、一号偏振片4、二号角锥棱镜5和四分之一波片6；
一号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和泵浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔；
1.9μm泵浦光沿着a方向以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，通过泵浦光注入镜1后垂直入射至Ho:YLF晶体2，Ho:YLF晶体2在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光；
向b方向传输的水平偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜5，经二号角锥棱镜5三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4；经一号偏振片4将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的6区域进入，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光垂直入射至Ho:YLF晶体2；
向c方向传输的水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的3区域进入，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的6区域输出具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，经一号偏振片4将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
由所述经一号偏振片4沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
泵浦光注入镜1的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜；
Ho:YLF晶体2的表面镀有对1.9μm-2.1μm泵浦光高透膜；
一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜，高透膜的材料为JGS3光学石英玻璃；
一号偏振片4镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜；
四分之一波片6的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜。
本实施方式中，本发明所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器中，一号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和泵浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔(环形腔)。振荡光在一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的三个面内，均发生三次全内反射，出射光与入射光平行。
如图2所示，O为角锥棱镜的顶点，OA、OB、OC分别为角锥的三条棱边。一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜，材料为JGS3光学石英玻璃。
如图1所示，1.9μm泵浦光沿着a方向通过泵浦光注入镜1入射到Ho:YLF晶体2中，Ho:YLF晶体2在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输和向c方向传输的水平偏振光，其中泵浦光注入镜1与地面水平面的夹角为45°，且泵浦光注入镜1的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜(对1.9μm泵浦光高透的膜)和对2.1μm振荡光高反膜(对2.1μm振荡光高反的膜)，Ho:YLF晶体2的掺杂浓度为0.5％，尺寸为4×4×50mm3，镀有对1.9μm-2.1μm泵浦光高透膜(对1.9μm-2.1μm泵浦光高透的膜)；
向c方向传输的水平偏振光垂直入射至角锥棱镜3中，如图3所示，水平偏振光从角锥棱镜3的3区域内进入，经过三次全内反射，由角锥棱镜3的6区域出射，角锥棱镜具有退偏效应，通常，入射的振荡光与出射的振荡光平行但偏振态不同，由此顺序入射的水平偏振光，出射为垂直分量很大的椭圆偏振光，垂直分量占比为80％～90％，即经过一号角锥棱镜3出射的具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，一号偏振片4镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜，因此，具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量由一号偏振片4反射出谐振腔，一号偏振片4相当于一个透过率很大的输出镜，仅有少量水平偏振光能透过一号偏振片4，此部分水平偏振光达不到谐振腔阈值，因此，沿着c方向传输的垂直偏振光在谐振腔内无法起振，形成不了激光输出。
向b方向传输的2μm水平偏振光经泵浦光注入镜1反射，通过四分之一波片6后入射至二号角锥棱镜5中，其中四分之一波片6的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜，入射的2μm水平偏振光经四分之一波片6和二号角锥棱镜5后变成椭圆偏振光，椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4，椭圆偏振光的椭圆率可通过旋转四分之一波片6改变，即改变了一号偏振片4的输出透过率，椭圆偏振光经一号偏振片4后将椭圆偏振光的垂直分量沿图1中d方向出射，椭圆偏振光的水平分量透过一号偏振片4后，仍为水平偏振光，经泵浦光注入镜1反射后再入射至一号角锥棱镜3中，从一号角锥棱镜3的6区域内进入，经过三次全内反射，由角锥棱镜的3区域出射，出射为椭圆偏振光，椭圆偏振光经过Ho:YLF晶体2，满足“自再现”条件，因此，只有向b方向传输的振荡光可以经一号偏振片4沿图1中d方向出射，出射光为垂直偏振光又称椭圆偏振光的垂直分量。
综上，在环形谐振腔中可实现单向运转，单向输出单纵模激光。
本发明中的激光晶体除了采用Ho:YLF晶体外，还可以采用其他基质的单掺钬各向异性激光晶体。
本发明采用双角锥环形谐振腔，利用角锥棱镜的退偏效应，配合使用偏振片和四分之一波片，偏振片作为激光器输出镜，通过旋转四分之一波片改变输出镜透过率，实现单向输出线偏振单纵模激光。此结构提高了单纵模2μm固体激光器的抗干扰能力与单纵模稳定性，与普通直腔相比，可以在相同腔长情况下，缩小激光器体积。
具体实施方式二、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的进一步说明，本实施方式中，向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光均为2μm水平偏振光。
具体实施方式三、本实施方式是对具体实施方式一所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的进一步说明，本实施方式中，Ho:YLF晶体2可由采用其他基质的单掺钬各向异性激光晶体替换，且晶体长度范围为10mm-100mm，晶体掺杂浓度范围为0.1％-6％。
本发明中的激光晶体除了采用Ho:YLF晶体外，还可以采用其他基质的单掺钬各向异性激光晶体。
具体实施方式四、参照图2、图3和图4说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，它包括泵浦光注入镜1、Ho:YAG晶体21、一号角锥棱镜3、一号偏振片4、二号角锥棱镜5、四分之一波片6和二号偏振片7；
一号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和泵浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔；
1.9μm泵浦光沿着a方向以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，通过泵浦光注入镜1后垂直入射至Ho:YAG晶体21，Ho:YAG晶体21在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输的椭圆偏振光和向c方向传输的椭圆偏振光；
向b方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜5，经二号角锥棱镜5三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4；经一号偏振片4将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的6区域入射，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片7，经二号偏振片7偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至Ho:YAG晶体21；
向c方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片7，经二号偏振片7偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜3，经一号角锥棱镜3三次全内反射后输出具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，经一号偏振片4将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
由所述经一号偏振片4沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
泵浦光注入镜1的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜；
Ho:YAG晶体21的表面镀有对1.9μm-2.1μm泵浦光高透膜；
一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜，高透膜的材料为JGS3光学石英玻璃；
一号偏振片4镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜；
四分之一波片6的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜。
本实施方式中，激光晶体采用不同基质的各向同性单掺钬激光晶体，如Ho:YAG激光晶体，激光装置如图4所示，与图1中激光装置类似，在Ho:YAG激光晶体右侧加入一个二号偏振片7，二号偏振片7的表面镀有对2μm水平光高透垂直光高反膜。
如图4所示，1.9μm泵浦光沿着a方向通过泵浦光注入镜1入射到Ho:YAG晶体21中，Ho:YAG晶体21在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输和向c方向传输的椭圆偏振光，其中泵浦光注入镜1的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜，Ho:YAG晶体21的掺杂浓度为0.5％，尺寸为Φ4×50mm2，镀有对1.9μm-2.1μm泵浦光高透膜；
向c方向传输的椭圆偏振光经二号偏振片7后，变为水平偏振光，进入一号角锥棱镜3中，如图3所示，水平偏振光从一号角锥棱镜的3区域内进入，经过三次全内反射，由一号角锥棱镜3的6区域出射，角锥棱镜具有退偏效应，通常，入射的振荡光与出射的振荡光平行但偏振态不同，由此顺序入射的水平偏振光，出射为垂直分量很大的椭圆偏振光，其中垂直分量占椭圆偏振光的80％～90％。出射的具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光经泵浦光注入镜1反射后入射至一号偏振片4，一号偏振片4镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜，因此，具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光的垂直分量由一号偏振片4反射出谐振腔，一号偏振片4相当于一个透过率很大的输出镜，仅有少量水平偏振光能透过一号偏振片4，此部分水平偏振光达不到谐振腔阈值，因此，沿着c方向传输的垂直偏振光在谐振腔内无法起振，形成不了激光输出。
向b方向传输的2μm椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜1，经泵浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6后入射至二号角锥棱镜5中，其中四分之一波片6镀对1.9μm-2.1μ光高透膜，入射的2μm椭圆偏振光经四分之一波片6和二号角锥棱镜5后仍为椭圆偏振光，椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4，椭圆偏振光的椭圆率可通过旋转四分之一波片6改变，即改变了一号偏振片4的输出透过率，椭圆偏振光经一号偏振片4后将椭圆偏振光的垂直分量沿图1中d方向出射，椭圆偏振光的水平分量透过一号偏振片4后，仍为水平偏振光，经泵浦光注入镜1反射后再入射至一号角锥棱镜3中，从一号角锥棱镜3的6区域内进入，经过三次全内反射，由一号角锥棱镜3的3区域出射，出射为椭圆偏振光，椭圆偏振光经过二号偏振片7后变为水平偏振光，水平偏振光进入Ho:YLF晶体21中，满足“自再现”条件，因此，只有向b方向传输的振荡光可以经一号偏振片4沿图1中d方向出射，出射光为垂直偏振光(又称椭圆偏振光的垂直分量)。综上，在环形谐振腔中可实现单向运转，单向输出单纵模激光。
本发明采用双角锥环形谐振腔，利用角锥棱镜的退偏效应，配合使用偏振片和四分之一波片，偏振片作为激光器输出镜，通过旋转四分之一波片改变输出镜透过率，实现单向输出线偏振单纵模激光。此结构提高了单纵模2μm固体激光器的抗干扰能力与单纵模稳定性，与普通直腔相比，可以在相同腔长情况下，缩小激光器体积。
具体实施方式五、本实施方式是对具体实施方式四所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的进一步说明，本实施方式中，Ho:YAG晶体21可由采用不同基质的各向同性单掺钬激光晶体替代，且晶体长度范围为10mm-100mm，晶体掺杂浓度范围为0.1％-6％。
本实施方式中的Ho:YAG晶体21可由采用不同基质的各向同性单掺钬激光晶体替代。
具体实施方式六、本实施方式是对具体实施方式一或四所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的进一步说明，本实施方式中，一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面直径为10mm-100mm，反射面曲率为0-1000mm。
采用不同基质的各向异性或各向同性激光晶体所对应的泵浦光，也要采用适合不同晶体的中心波长的泵浦源，泵浦可采用侧面或端面泵浦方式；角锥棱镜尺寸也可根据使用晶体尺寸或镜片面元大小做相应改变，角锥棱镜三个反射面间夹角为90°，可加工为曲面并且可以镀金属膜。
总结实施方式一至六，本发明所述的基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器中的双角锥环形谐振腔中包括两个角锥棱镜，激光晶体采用增益较高的单掺钬晶体，以保证获得较高功率的单纵模2μm激光输出。
单掺钬晶体在泵浦光的作用下，产生相向传输的振荡光(偏振光)。由于角锥棱镜具有退偏效应，入射光偏振态一般与出射偏振态不相同，即入射的水平偏振光由角锥棱镜的某个特定顺序的三个面全反射后，输出为垂直分量很大的椭圆偏振光，利用腔内偏振片反射出垂直分量很大的椭圆偏振光中的垂直分量光，仅有少量水平偏振光能透过偏振片，此部分水平偏振光达不到谐振腔阈值，因此，沿着此方向传输的垂直偏振光在谐振腔内无法起振，形成不了激光输出。沿着与此方向相向传输的振荡光经过四分之一波片和角锥棱镜，通过旋转四分之一波片，使得振荡腔中此方向上的入射与出射角锥的光场分布保持相对不变，满足“自再现”条件，激光通过偏振片实现偏振单向输出。在固定的偏振输出反射膜参数下，可通过旋转四分之一波片，改变输出耦合透过率。双角锥棱镜谐振腔可做成一体，形成具有极稳定单纵模输出的2μm固体激光器。
本发明提高了单纵模2μm固体激光器的稳定性和可靠性，扩大单纵模2μm固体激光器的应用范围。与普通直腔相比，可以在相同腔长情况下，缩小激光器体积。
Claims (6)
1.一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，其特征在于，它包括泵浦光注入镜(1)、Ho:YLF晶体(2)、一号角锥棱镜(3)、一号偏振片(4)、二号角锥棱镜(5)和四分之一波片(6)；
一号角锥棱镜(3)、二号角锥棱镜(5)和泵浦光注入镜(1)构成双角锥环形谐振腔；
1.9μm泵浦光沿着a方向以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，通过泵浦光注入镜(1)后垂直入射至Ho:YLF晶体(2)，Ho:YLF晶体(2)在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光；
向b方向传输的水平偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，经泵浦光注入镜(1)反射后垂直入射至四分之一波片(6)，经四分之一波片(6)进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜(5)，经二号角锥棱镜(5)三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片(4)；经一号偏振片(4)将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，经泵浦光注入镜(1)反射后垂直入射至一号角锥棱镜(3)，从一号角锥棱镜(3)的6区域进入，经一号角锥棱镜(3)三次全内反射后从一号角锥棱镜(3)的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光垂直入射至Ho:YLF晶体(2)；
向c方向传输的水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜(3)，从一号角锥棱镜(3)的3区域进入，经一号角锥棱镜(3)三次全内反射后从一号角锥棱镜(3)的6区域输出具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，经泵浦光注入镜(1)反射后以45°入射角入射至一号偏振片(4)，经一号偏振片(4)将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
由所述经一号偏振片(4)沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
泵浦光注入镜(1)的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜；
Ho:YLF晶体(2)的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜；
一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(5)的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜；
一号偏振片(4)镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜；
四分之一波片(6)的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜。
2.根据权利要求1所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，其特征在于，向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光均为2μm水平偏振光。
3.根据权利要求1所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，其特征在于，Ho:YLF晶体(2)可由采用其他基质的单掺钬各向异性激光晶体替换，且晶体长度范围为10mm-100mm，晶体掺杂浓度范围为0.1％-6％。
4.一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，其特征在于，它包括泵浦光注入镜(1)、Ho:YAG晶体(21)、一号角锥棱镜(3)、一号偏振片(4)、二号角锥棱镜(5)、四分之一波片(6)和二号偏振片(7)；
一号角锥棱镜(3)、二号角锥棱镜(5)和泵浦光注入镜(1)构成双角锥环形谐振腔；
1.9μm泵浦光沿着a方向以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，通过泵浦光注入镜(1)后垂直入射至Ho:YAG晶体(21)，Ho:YAG晶体(21)在1.9μm泵浦光的抽运下产生向b方向传输的椭圆偏振光和向c方向传输的椭圆偏振光；
向b方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，经泵浦光注入镜(1)反射后垂直入射至四分之一波片(6)，经四分之一波片(6)进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜(5)，经二号角锥棱镜(5)三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片(4)；经一号偏振片(4)将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，经泵浦光注入镜(1)反射后垂直入射至一号角锥棱镜(3)，从一号角锥棱镜(3)的6区域入射，经一号角锥棱镜(3)三次全内反射后从一号角锥棱镜(3)的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片(7)，经二号偏振片(7)偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至Ho:YAG晶体(21)；
向c方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片(7)，经二号偏振片(7)偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜(3)，从一号角锥棱镜(3)的3区域入射，经一号角锥棱镜(3)三次全内反射后从一号角锥棱镜(3)的6区域输出具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光，该具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至泵浦光注入镜(1)，经泵浦光注入镜(1)反射后以45°入射角入射至一号偏振片(4)，经一号偏振片(4)将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80％～90％垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
由所述经一号偏振片(4)沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
泵浦光注入镜(1)的表面镀有对1.9μm泵浦光高透膜和对2.1μm振荡光高反膜；
Ho:YAG晶体(21)的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜；
一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(5)的入射面均镀有1.9μm-2.1μm高透膜；
一号偏振片(4)镀有对2.1μm水平光高透垂直光高反膜；
四分之一波片(6)的表面镀有对1.9μm-2.1μm光高透膜。
5.根据权利要求4所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，其特征在于，Ho:YAG晶体(21)可由采用不同基质的各向同性单掺钬激光晶体替代，且晶体长度范围为10mm-100mm，晶体掺杂浓度范围为0.1％-6％。
6.根据权利要求1或4所述的一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器，其特征在于，一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(5)的入射面直径为10mm-100mm，反射面曲率为0-1000mm-1。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN1373538A (zh) * | 2001-02-28 | 2002-10-09 | 北京理工大学 | 角锥棱镜非平面单向行波环形腔单频固体激光器 |
| CN2781607Y (zh) * | 2005-03-17 | 2006-05-17 | 中国人民解放军武汉军械士官学校光电技术研究所 | 一种可用于电光调q的免调试固体激光器 |
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Non-Patent Citations (1)
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| A Linearly Polarized Ho:YAG Laser at 2.09um with Corner Cube Cavity Pumped by Tm:YLF Laser;WU Jing等;《Chin. Phys. Lett.》;20150730;第32卷(第7期);第074207-1至074207-3页 * |
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