CN215343339U

CN215343339U - 一种环形腔单纵模脉冲激光器

Info

Publication number: CN215343339U
Application number: CN202121431275.2U
Authority: CN
Inventors: 王雨雷; 赵桂娟; 白振旭; 吕志伟
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2021-06-25
Filing date: 2021-06-25
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2031-06-25

Abstract

本实用新型公开了一种环形腔单纵模脉冲激光器，所述激光器包括：泵浦源、增益介质、六镜环形谐振腔腔镜，所述六镜环形谐振腔腔镜为8字形光路，腔镜由凹面输出镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、凹面反射镜组成；所述凹面输出镜和所述凹面反射镜之间设置有非线性晶体，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间设置有孔径光阑，所述第二反射镜和所述第三反射镜之间设置有光单向单元，所述第三反射镜和所述第四反射镜之间设置有脉冲产生器，在所述凹面输出镜后设置有二向分色镜。本实用新型解决了现有技术中的激光器单纵模率低、易产生空间烧孔效应、输出波形不对称以及输出能量不稳定的问题。

Description

一种环形腔单纵模脉冲激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器领域，尤其涉及一种环形腔单纵模脉冲激光器。

背景技术

单纵模脉冲激光器具有光滑的时间空间波形、长相干长度、窄谱线宽度、高光束质量等优势，可满足高分辨率激光光谱学、大面积全息照相、激光精密测量、引力波探测、相干光束合成、激光纳导引星等应用的需求。由于固体激光器谐振腔内的光是以驻波形式振荡产生激光，传统的驻波腔激光器存在空间烧孔效应，在未采取相应的选纵模措施时一般输出多纵模脉冲激光。多纵模输出的激光器单色性及相干性比较差，导致输出能量不稳定，甚至会出现拍频现象产生激光脉冲尖峰，这些脉冲尖峰是引起腔内元件损伤的主要原因。因此，设计与改进激光器的谐振腔以实现单纵模运转是非常有必要的。另外，线形腔激光器还会有输出波形不对称的缺点。

由于不同的横模具有一系列不同的谐振频率，所以实现单纵模脉冲输出的前提是实现基横模输出。选纵模的方法有：短腔法、F-P标准具法、复合腔法、种子注入法、扭摆腔法以及环形腔法等。其中，环形腔法通过消除空间烧孔效应来实现激光器的单纵模运转，对于高功率单纵模激光器而言，选用环形腔并结合其他纵模选择技术是一种简单有效的方案。

传统的环形腔多采用四镜8字形环形腔，但四镜8字形环形腔受限于调节方式的不灵活，腔镜位置改变困难，不利于模式匹配。

实用新型内容

本实用新型提供了一种环形腔单纵模脉冲激光器，本实用新型解决了现有技术中的激光器单纵模率低、易产生空间烧孔效应、输出波形不对称以及输出能量不稳定的问题，详见下文描述：

一种环形腔单纵模脉冲激光器，所述激光器包括：泵浦源、增益介质、六镜环形谐振腔腔镜，

所述六镜环形谐振腔腔镜为8字形光路，腔镜由凹面输出镜、第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜、第四反射镜、凹面反射镜组成；

所述凹面输出镜和所述凹面反射镜之间设置有非线性晶体，所述第一反射镜和所述第二反射镜之间设置有孔径光阑，所述第二反射镜和所述第三反射镜之间设置有光单向单元，所述第三反射镜和所述第四反射镜之间设置有脉冲产生器，在所述凹面输出镜后设置有二向分色镜。

当所述激光器为侧面泵浦时，所述凹面反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜的一侧均镀有对基频光的高反膜，所述凹面输出镜一侧镀有对基频光的部分透射膜以及对非线性晶体变换所得波长的增透膜。

当所述激光器为端面泵浦时，选择所述凹面反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜中的任意一反射镜作为输入镜；

输入镜的一侧镀有泵浦波长的高透膜，另一侧镀有对基频光的高反膜，其余反射镜一侧镀有对基频光的高反膜，所述凹面输出镜一侧镀有对基频光的部分透射膜以及对非线性晶体变换所得波长的增透膜。

进一步地，所述脉冲产生器包括：主动调Q开关或被动调Q晶体。

其中，所述光单向单元包括：沿光路方向依次设置的偏振片、半波片以及法拉第旋光器。

所述增益介质包括：钇铝石榴石晶体或钒酸钇晶体。

进一步地，所述非线性晶体设置在所述凹面反射镜与所述凹面输出镜之间的光腰处。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、该激光器采用孔径光阑选出基横模，避免不同的横模具有一系列不同的谐振频率对纵模产生影响；

2、该激光器采用环形谐振腔结构，在环形谐振腔中插入光单向单元使光在谐振腔中单向运转，可以消除空间烧孔效应，实现单纵模运转；此外本实用新型采用的环形谐振腔结构还具有输出波形对称和窄线宽的优点；

3、本实用新型在单向运转的激光器中插入了非线性晶体，非线性晶体的和频效应对非振荡模式的损耗是振荡模式二倍的原理，采用在腔内插入非线性晶体抑制跳模来进一步进行纵模的选取；

4、本实用新型的六镜环形腔可在腔镜角度固定的条件下，通过改变下面两镜位置调节总腔长，进而改变腔内模式分布，更方便地进行模式匹配；同时由于侧面泵浦环形腔中泵浦单元体积较大，为了获得合适模体积的激光输出需要较长腔长，采用调节下面两镜位置来增加腔长，相比传统四镜8字形环形腔会大大减小谐振腔体积。

附图说明

图1为一种环形腔单纵模脉冲激光器的侧面泵浦方式结构示意图；

图2为一种环形腔单纵模脉冲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：凹面反射镜； 2：凹面输出镜；

3：第一反射镜； 4：第二反射镜；

5：第三反射镜； 6：第四反射镜；

7：泵浦源； 8：激光增益介质；

9：光单向单元； 10：非线性晶体；

11：孔径光阑； 12：脉冲产生器；

13：二向分色镜。

其中，

91：偏振片； 92：半波片；

93：法拉第旋光器。

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。

实施例1

参见图1，一种环形腔单纵模脉冲激光器，包括：六镜环形谐振腔，六镜环形谐振腔腔镜由凹面反射镜1、凹面输出镜2、第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5、第四反射镜6组成，第二反射镜4和第三反射镜5之间设置有泵浦源7，激光增益介质8，泵浦源7和激光增益介质8用于产生激光。

具体实现时，光线依次经过第二反射镜4、第三反射镜5、第四反射镜6、凹面反射镜1、凹面输出镜2、第一反射镜3、第二反射镜4，在上述六镜环形谐振腔内呈8字形振荡，泵浦源7、激光增益介质8和光单向单元9设置在第二反射镜4和第三反射镜5之间，光单向单元9包括沿光路方向依次设置的偏振片91、半波片92以及法拉第旋光器93，保证光沿单向传输。采用六镜环形腔可以更方便调节腔长，实现模式匹配以及进一步压缩激光器体积。

孔径光阑11设置在第一反射镜3和第二反射镜4之间，采用孔径光阑11将高阶模式滤除进而选出基横模，避免不同的横模具有一系列不同的谐振频率对纵模产生影响。脉冲产生器12设置在第三反射镜5和第四反射镜6之间，脉冲产生器12包括主动调Q开关或被动调Q晶体，以主动调Q方式或者被动调Q方式产生脉冲激光。

其中，激光增益介质7包括：钇铝石榴石晶体或钒酸钇晶体，具体的，本实用新型采用的是钇铝石榴石晶体。非线性晶体10设置在凹面反射镜1和凹面输出镜2之间，具体的，非线性晶体10置于凹面反射镜1和凹面输出镜2之间的光束腰处，根据在单向运转的激光器中插入非线性晶体，非线性晶体的倍频效应对非振荡模式的损耗是振荡模式的二倍的原理，在腔内插入非线性晶体增加腔内模式竞争确保引入较高的非线性损耗以提高单纵模率。

二向分色镜13置于凹面输出镜2后，目的是将基频光与非线性晶体产生的光分隔开，便于提取基频光进行单纵模检测。

实施例2

下面结合图1和图2，对实施例1中的方案进行进一步地介绍，详见下文描述：

图1为侧面泵浦的激光器结构示意图，侧面泵浦时，凹面反射镜1、第一反射镜3、第二反射镜4、第三反射镜5以及第四反射镜6的一侧镀有对基频光的高反膜，凹面输出镜2一侧镀有对基频光的部分透射膜以及对非线性晶体变换所得波长的增透膜。

图2为端面泵浦激光器结构示意图。端面泵浦时，凹面反射镜1或第一反射镜3或第二反射镜4或第三反射镜5或第四反射镜6都可以作为激光器的输入镜，具体的，图2中画出了第二反射镜4作为输入镜的示意图，输入镜一侧镀有泵浦波长的高透膜，另一侧镀有基频光的高反膜，凹面反射镜1、第一反射镜3、第三反射镜5及第四反射镜6一侧镀有对基频光的高反膜，凹面输出镜2一侧镀有对基频光的部分透射膜以及对非线性晶体变换所得波长的增透膜，以保证倍频光功率的前提下，拓宽稳区从而获得平滑的输出功率曲线。

本实用新型所述的六镜环形谐振腔通过消除空间烧孔效应来实现激光器的单纵模运转，对于高功率单纵模激光器而言，选用环形腔并结合其他纵模选择技术是一种简单有效的方案。为了进一步提高环形腔激光器的单纵模率，在谐振腔中插入非线性晶体，引入非线性损耗。采用调Q方式将长脉冲激光调制为短脉冲激光。采用六镜环形腔可以更方便调节腔长，有利于模式匹配以及进一步压缩激光器体积。

上述操作为一种十分具有潜力的单纵模激光器实现方案，最终可实现单纵模率高、能量稳定性高线宽窄以及输出波形对称的激光输出。

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

1.一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述激光器包括：泵浦源、增益介质、六镜环形谐振腔腔镜，

2.根据权利要求1所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述激光器为侧面泵浦。

3.根据权利要求2所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述凹面反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜以及所述第四反射镜的一侧均镀有对基频光的高反膜，所述凹面输出镜一侧镀有对基频光的部分透射膜以及对非线性晶体变换所得波长的增透膜。

4.根据权利要求1所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述激光器为端面泵浦。

5.根据权利要求4所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，选择所述凹面反射镜、所述第一反射镜、所述第二反射镜、所述第三反射镜、所述第四反射镜中的任意一反射镜作为输入镜；

6.根据权利要求1所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，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所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述光单向单元包括：沿光路方向依次设置的偏振片、半波片以及法拉第旋光器。

8.根据权利要求1所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述增益介质包括：钇铝石榴石晶体或钒酸钇晶体。

9.根据权利要求1所述的一种环形腔单纵模脉冲激光器，其特征在于，所述非线性晶体设置在所述凹面反射镜与所述凹面输出镜之间的光腰处。