CN214957792U

CN214957792U - 一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器

Info

Publication number: CN214957792U
Application number: CN202121246277.4U
Authority: CN
Inventors: 吕志伟; 陈彬; 白振旭; 王雨雷
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2021-06-04
Filing date: 2021-06-04
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2031-06-04

Abstract

本实用新型公开了一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，包括主谐振腔，主谐振腔包括设置在两端的输入镜、输出镜以及设置在所述主谐振腔内的子谐振腔；所述输入镜与所述输出镜相互平行，所述子谐振腔包括：共振镜，所述共振镜和所述输出镜构成所述子谐振腔的腔镜，所述共振镜与所述输出镜相互平行；所述子谐振腔还包括：设置在内部的起偏器和扭摆腔，所述起偏器设置在所述扭摆腔外；所述扭摆腔包括：设置在两端的第一四分之一波片和第二四分之一波片、设置在所述扭摆腔内的泵浦单元、孔径光阑以及脉冲产生器，所述泵浦单元包括：激光增益介质和泵浦源。本产品具有高单纵模率、高脉冲能量、结构紧凑、易于集成的特点。

Description

一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器。

背景技术

单纵模激光器具有理想高斯时域波形及优良的单色性和相干性，并且具有极高的光谱响应度和信噪比等优点，在激光雷达、光纤传感、相干光通信及非线性光学等领域具有重要的意义和广泛的应用。

为了在激光器中抑制多纵模的产生，实现单纵模运转，目前提出了很多的方法，例如：短腔法、色散腔法、扭摆腔法、光栅法、种子注入法、F-P(Fabry Parot)标准具法等，由于各项技术原理各不相同，使用条件及单纵模率也各不相同，目前最常用选模方式主要为F-P标准具法和种子注入法。种子注入法结构复杂，需要主动反馈调节机制，通常用于低功率泵浦；标准具法插入损耗大，需要专门定制相应的标准具，花费时间较长，当腔长较长时需要一个以上标准具进行纵模模式选择。

在以往的三面共振结构中，共振镜通常与输出镜组合作为耦合输出镜，此时共振镜的插入会降低输出功率及能量稳定性且单纵模率通常不超过95％。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，解决了现有技术中单纵模脉冲激光器结构复杂、操作复杂、单纵模率低以及脉冲能量低的问题，详见下文描述：

一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，所述激光器包括主谐振腔，所述主谐振腔包括设置在两端的输入镜、输出镜以及设置在所述主谐振腔内的子谐振腔；

所述输入镜与所述输出镜相互平行，所述子谐振腔包括：共振镜，所述共振镜和所述输出镜构成所述子谐振腔的腔镜，所述共振镜与所述输出镜相互平行；

所述子谐振腔还包括：设置在内部的起偏器和扭摆腔，所述起偏器设置在所述扭摆腔外；

所述扭摆腔包括：设置在两端的第一四分之一波片和第二四分之一波片、设置在所述扭摆腔内的泵浦单元、孔径光阑以及脉冲产生器，所述泵浦单元包括：激光增益介质和泵浦源。

在一种实施方式中，所述激光器为侧面泵浦激光器，所述输入镜一侧镀有激光输出波长的高反膜，输出镜一侧镀有激光输出波长的透射膜。

在一种实施方式中，所述激光器为端面泵浦激光器，所述输入镜一侧镀有泵浦波长的高透膜，另一侧镀有激光输出波长的高反膜，所述输出镜一侧镀有泵浦波长的高反膜，另一侧镀有激光输出波长的透射膜。

其中，所述共振镜一侧镀有激光输出波长的增透膜，另一侧镀有激光输出波长的反射膜。

所述起偏器包括：偏振片或偏振分光棱镜；所述脉冲产生器包括：主动调Q开关或被动调Q晶体；所述激光增益介质包括：钇铝石榴石晶体。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1)该激光器采用三面共振结构，共振镜可增大谐振腔内的纵模间隔，减少增益线宽内起振的纵模数，提高激光器的单纵模率；

2)该激光器根据种子注入原理，共振镜与输出镜构成子谐振腔的腔镜，可增强主谐振腔内模式竞争，使靠近种子频率的纵模优先起振，抑制其他纵模产生，提高激光器的单纵模率的同时压缩输出脉冲的谱线宽度；

3)该激光器采用扭摆腔结构，使两个四分之一波片之间的激光偏振态转换为圆偏振态，避免增益介质中产生空间烧孔效应，提高单纵模率；

4)该激光器相较于普通谐振腔可以降低激光产生阈值、增加激光器的输出能量、增加输出能量稳定性；

5)本实用新型简单实用，结构易于实现紧凑化、小型化。

附图说明

图1为一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器的侧面泵浦方式结构示意图；

图2为一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器的端面泵浦方式结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：输入镜； 2：输出镜；

3：子谐振腔； 31：共振镜；

32：起偏器； 33：扭摆腔；

331：第一四分之一波片； 332：第二四分之一波片；

333：泵浦单元； 334：孔径光阑；

335：脉冲产生器； 3331：激光增益介质；

3332：泵浦源。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

参见图1和图2，一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，包括：主谐振腔，其中，主谐振腔包括：设置在两端的输入镜1、输出镜2以及设置在主谐振腔内的子谐振腔3。输入镜1与输出镜2相互平行，子谐振腔3包括：共振镜31，共振镜31和输出镜2构成子谐振腔3的腔镜，共振镜31与输出镜2相互平行，子谐振腔3还包括：设置在内部的起偏器32和扭摆腔33，起偏器32设置在扭摆腔33外。

具体实现时，扭摆腔33包括：设置在两端的第一四分之一波片331和第二四分之一波片332、设置在扭摆腔33内的泵浦单元333、孔径光阑334以及脉冲产生器335。

其中，泵浦单元333包括：激光增益介质3331以及泵浦源3332；本实用新型在使用时可选择采用端面泵浦方式或采用侧面泵浦方式，激光增益介质3331、泵浦源3332为产生激光提供必要条件。

如图1所示，当泵浦方式为侧面泵浦时，输入镜1一侧镀有激光输出波长的高反膜；输出镜2一侧镀有激光输出波长的透射膜；如图2所示，当泵浦方式为端面泵浦时，输入镜1一侧镀有泵浦波长的高透膜，另一侧镀有激光输出波长的高反膜；输出镜2一侧镀有泵浦波长的高反膜，另一侧镀有激光输出波长的透射膜；可根据阈值条件及输出能量要求采用不同透过率的输出镜；共振镜31一侧镀有激光输出波长的增透膜，另一侧镀有激光输出波长的反射膜。

共振镜31与输入镜1之间的距离L根据纵模间隔Δν确定，Δν＝c/2nL，其中c为真空中的光速，n为空气折射率，子谐振腔产生的种子光注入到主谐振腔中，通过设置共振镜31实现三面共振结构，可增大谐振腔内的纵模间隔，根据种子注入原理使最接近种子光频率的纵模优先起振，减少增益线宽内起振的纵模数，提高激光器的单纵模率。

第一四分之一波片331和第二四分之一波片332构成扭摆腔33的腔镜，使两个四分之一波片之间的激光偏振态转换为圆偏振态，避免激光增益介质中出现空间烧孔效应，进一步提高了单纵模率。

起偏器32包括：偏振片或偏振分光棱镜；脉冲产生器335包括：主动调Q开关或被动调Q晶体，其中被动调Q方式结构最为简单，无主动控制器件，且谐振腔损耗较小，可获得高于10mJ的单脉冲能量。激光增益介质3331包括：钇铝石榴石晶体，采用掺杂Nd³⁺离子的钇铝石榴石晶体可获得的单纵模率可达99.7％，激光输出脉宽为10ns。

本实用新型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。

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，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述激光器包括主谐振腔，所述主谐振腔包括设置在两端的输入镜、输出镜以及设置在所述主谐振腔内的子谐振腔；

2.根据权利要求1所述的一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述激光器为侧面泵浦激光器，所述输入镜一侧镀有激光输出波长的高反膜，输出镜一侧镀有激光输出波长的透射膜。

3.根据权利要求1所述的一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述激光器为端面泵浦激光器，所述输入镜一侧镀有泵浦波长的高透膜，另一侧镀有激光输出波长的高反膜，所述输出镜一侧镀有泵浦波长的高反膜，另一侧镀有激光输出波长的透射膜。

4.根据权利要求1所述的一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述共振镜一侧镀有激光输出波长的增透膜，另一侧镀有激光输出波长的反射膜。

5.根据权利要求1所述的一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述起偏器包括：偏振片或偏振分光棱镜。

6.根据权利要求1所述的一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述脉冲产生器包括：主动调Q开关或被动调Q晶体。

7.根据权利要求1所述的一种高脉冲能量纳秒单纵模激光器，其特征在于，所述激光增益介质包括：钇铝石榴石晶体。