CN114122879A - 一种自注入单纵模调q激光器 - Google Patents

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Abstract

本申请属于全固态激光器技术领域，具体公开一种自注入单纵模调Q激光器，包括左右依次排列的尾纤LD泵浦源、光纤耦合器、低掺杂增益介质微片、增益介质、偏振片、电光开关、1/4波片以及输出腔镜，所述低掺杂增益介质微片包括镀有泵浦波长增透/激光波长高反的双色膜层的前表面和双色分光膜层的后表面。本申请的激光器结构使用一套尾纤LD泵浦源同时泵浦复合腔内的低掺杂增益介质微片和增益介质，节约了器件成本，同时又可以保证复合腔增益区对准，有利于激光器稳定运行，通过自注入单纵模种子并调Q输出，可以得到近衍射极限的窄线宽单频脉冲激光。

Description

一种自注入单纵模调Q激光器
技术领域
本申请属于全固态激光器技术领域，具体地说涉及一种自注入单纵模调Q激光器。
背景技术
单纵模脉冲激光器在非线性频率变换、激光雷达、激光光谱学等领域有着非常重要的应用。种子注入技术是实现单纵模输出最便捷最可靠的方法，种子注入的基本思路是将一束频率特性优良的窄线宽低功率激光注入到高增益的从动激光器腔内，以控制从动激光器输出激光的频率特性，最终得到单纵模的输出。目前的种子注入单纵模激光器结构较为复杂，需要精密的控制措施。
因此，现有技术还有待于进一步发展和改进。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种自注入单纵模调Q激光器。本申请提供如下技术方案：
一种自注入单纵模调Q激光器，包括左右依次排列的尾纤LD泵浦源、光纤耦合器、低掺杂增益介质微片、增益介质、偏振片、电光开关、1/4波片以及输出腔镜，所述低掺杂增益介质微片包括镀有泵浦波长增透/激光波长高反的双色膜层的前表面和双色分光膜层的后表面。
进一步优选的，前表面镀泵浦波长增透/激光波长高反的双色膜层，后表面镀泵浦波长增透/激光波长确定反射率的双色分光膜层。
进一步优选的，所述低掺杂增益介质微片厚度为0.5mm-1mm。
进一步优选的，所述低掺杂增益介质微片的掺杂元素为Nd或Yb中的一种，掺杂浓度0.1at%。
进一步优选的，所述低掺杂增益介质微片外接高精度热电制冷片来调节温度。
进一步优选的，所述增益介质的掺杂元素与低掺杂增益介质微片的掺杂元素一致，介质长度和掺杂浓度基于低掺杂增益介质微片的参数特征进行设计, 需要保证尽可能吸收微片透过的剩余泵浦光能量。
进一步优选的，所述增益介质外接高精度热电制冷片来调节温度。
进一步优选的，所述增益介质前后表面均镀双色高透膜。
进一步优选的，所述激光器整体外接高精度热电制冷片来调节温度。
有益效果：
1、自注入单纵模种子并调Q输出，可以得到近衍射极限的窄线宽单频脉冲激光；
2、采用微片振荡器与调Q振荡器的复合谐振腔结构，减少了光学元件，激光器结构更加紧凑，体积小，有利于系统集成；
3、使用一套尾纤LD泵浦源同时泵浦复合腔内的低掺杂增益介质微片和增益介质，节约了器件成本，同时又可以保证复合腔增益区对准，有利于激光器稳定运行；
4、激光器采用高精度TEC 主动温控，保证输出激光稳定性，可以适应机载和星载等多种需求；
5、本申请的自注入单纵模调Q激光器，能够便捷稳定的实现单纵模大能量脉冲激光输出。
附图说明
图1是本申请具体实施例中一种自注入单纵模调Q激光器结构示意图。
附图中：100、尾纤LD泵浦源；200、光纤耦合器；300、低掺杂增益介质微片；310、前表面；320、后表面；400、增益介质；500、偏振片；600、电光开关；700、1/4波片；800、输出腔镜。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合本申请的附图，对本申请的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本申请创造。
如图1所示，一种自注入单纵模调Q激光器，包括左右依次排列的尾纤LD泵浦源100、光纤耦合器200、低掺杂增益介质微片300、增益介质400、偏振片500、电光开关600、1/4波片700以及输出腔镜800，低掺杂增益介质微片300包括镀有泵浦波长增透/激光波长高反双色膜层的前表面310和泵浦波长增透膜/激光波长确定反射率的双色分光膜层后表面320。
低掺杂增益介质微片300本身形成单纵模种子振荡器；低掺杂增益介质微片后表面320和增益介质400、偏振片500、电光开关600、1/4波片700以及输出腔镜800构成调Q振荡器。2个振荡器构成一个复合谐振腔。
其中，尾纤LD泵浦源100与光纤耦合器200结合，将泵浦光整形传输到低掺杂增益介质微片300与调Q振荡器中的增益介质400中，低掺杂增益介质微片前表面镀泵浦波长增透/激光波长高反的双色膜层，后表面镀泵浦波长增透/激光波长确定反射率的双色分光膜层，微片的低掺杂浓度和很短的厚度可以吸收较少的泵浦光，剩余的大部分泵浦光则传递到调Q振荡器中的增益介质400中被完全吸收。
低掺杂增益介质微片300本身形成的谐振腔腔长很短，且泵浦光斑尺寸很小，可以输出单横模单纵模连续自由振荡激光。
低掺杂增益介质微片300的掺杂元素为Nd或Yb等离子元素，掺杂浓度与厚度根据吸收效率和增益材料带宽优化设计，确保低掺杂增益介质微片300能单频工作。
低掺杂增益介质微片300的后表面320、增益介质400、偏振片500、电光开关600、1/4波片700、输出腔镜800构成调Q振荡器谐振腔。低掺杂增益介质微片300输出的单纵模激光作为种子注入调Q振荡器。
而由于低掺杂增益介质微片300自身构成微片振荡器谐振腔，通过将低掺杂增益介质微片的后表面用作Q振荡器的后腔镜，使得微片振荡器和调Q振荡器相结合，形成复合谐振腔结构，减少了光学元件，激光器结构更加紧凑，体积小，有利于光学器件的系统集成。
为了保证种子激光纵模和调Q谐振腔纵模匹配锁定，利用高精度热电制冷片(TEC)来调节低掺杂增益介质微片温度，以保证两个谐振腔频率一致。同时，也使用TEC控制增益介质以及激光器整体结构的温度，保证调Q振荡器的腔长稳定，以实现较长时间的稳定工作。
在泵浦初期，低掺杂增益介质微片300在较低增益下即可实现单横模单纵模连续激光输出，保持种子激光注入调Q振荡器，而此时电光开关不工作，波片与偏振片将调Q谐振腔关断，增益介质400中累积储能，没有调Q激光脉冲输出；
当增益介质400储能达到需求，电光开关打开，调Q谐振腔导通，由于低掺杂增益介质微片300输出的单纵模激光强度远高于增益介质400自发辐射，单纵模激光作为激光种子在调Q谐振腔内部迅速放大并从输出腔镜800输出，形成单纵模脉冲激光输出。
实施例1
针对1064nm波长输出的单纵模脉冲激光器，各器件参数如下：
泵浦采用峰值功率100W、中心波长808nm的尾纤LD泵浦源，泵浦周期为250us/100Hz；
低掺杂增益介质微片材料为Nd:YAG，参数为尺寸Φ10mm*0.7mm；Nd掺杂浓度0.1at%；低掺杂增益介质微片的前后表面镀膜，一面镀1064HR/808HT双色膜，R(1064，0度)≥99.8%，T(808，0度)≥99%，一面镀1064HR/808HT双色分光膜，R(1064，0度)=99%，T(808，0度)≥99%；
调Q谐振器的增益介质材料为Nd:YAG，尺寸3mm*3mm*10mm，Nd浓度2at%，前后表面的镀膜均为1064HT/808HT双色高透膜，T(1064，0度)≥99.5%，T(808，0度)≥99%；
调Q谐振器腔长为100mm，输出腔镜为平镜，反射率为60%；
采用 KD*P做电光调Q晶体。
实验结果：
在100Hz重复频率下，可以输出10mJ 脉冲能量的1064nm 单频脉冲激光，并且具有高的频率稳定性。
对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。
以上已将本申请做一详细说明，以上所述，仅为本申请之较佳实施例而已，当不能限定本申请实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本申请涵盖范围内。

Claims (9)

1.一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，包括左右依次排列的尾纤LD泵浦源、光纤耦合器、低掺杂增益介质微片、增益介质、偏振片、电光开关、1/4波片以及输出腔镜，所述低掺杂增益介质微片包括镀有泵浦波长增透/激光波长高反的双色膜层的前表面和双色分光膜层的后表面。
2.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述低掺杂增益介质微片前表面镀泵浦波长增透/激光波长高反的双色膜层，后表面镀泵浦波长增透/激光波长确定反射率的双色分光膜层。
3.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述低掺杂增益介质微片厚度为0.5mm-1mm。
4.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述低掺杂增益介质微片的掺杂元素为Nd或Yb中的一种，掺杂浓度0.1at%。
5.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述低掺杂增益介质微片外接高精度热电制冷片来调节温度。
6.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述增益介质的掺杂元素与低掺杂增益介质微片的掺杂元素一致，介质长度和掺杂浓度基于低掺杂增益介质微片的参数特征进行设计，需要保证尽可能吸收微片透过的剩余泵浦光能量。
7.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述增益介质外接高精度热电制冷片来调节温度。
8.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述增益介质前后表面均镀双色高透膜。
9.根据权利要求1所述的一种自注入单纵模调Q激光器，其特征在于，所述激光器整体外接高精度热电制冷片来调节温度。
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