LD端面泵浦驻波腔单频固体激光器
专利汇可以提供LD端面泵浦驻波腔单频固体激光器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开的LD端面 泵 浦 驻波 腔单频固体 激光器 ，包括LD、LD 控制器 、LD尾纤、汇聚光学系统、激光工作物质及驻波 谐振腔 ，驻波谐振腔由激光工作物质与输出耦合镜构成直线型或直 角 型驻波谐振腔，驻波谐振腔还可以由激光工作物质与输出镜构成直线型或直角型驻波谐振腔，在直线型或直角型驻波谐振腔之中设置有PBS和半波片或PBS和非线性光学倍频晶体组成的双折射滤光片。本发明的单频固体激光器具有结构简单、体积小、单模工作状态稳定、 波长 范围宽等优点，可广泛应用于激光干涉测量、激光通信、激光信息存储等技术领域。，下面是LD端面泵浦驻波腔单频固体激光器专利的具体信息内容。
1.一种LD端面泵浦直线驻波腔单频固体激光器，与LD(2)相连接的 LD控制器(1)为LD(2)提供注入电流并控制其工作温度，从LD(2)的 尾纤(3)输出的泵浦光经汇聚光学系统(4)聚焦到激光工作物质(5)中， 激光工作物质(5)的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统(4)的光 轴上并在激光工作物质(5)之后设置有输出耦合镜(8)，输出耦合镜(8) 与压电陶瓷管(9)相粘连，输出耦合镜(8)的球面镀有对振荡激光波长高 反射的介质膜，输出耦合镜(8)的球面与激光工作物质(5)的受光端面构 成直线驻波谐振腔，其特征在于，所述的直线驻波谐振腔内，设置有由微小 型PBS(6)和λ/2波片(7)组成的双折射滤光片。
2、一种LD端面泵浦直角驻波腔单频固体激光器，与LD(2)相连接 的LD控制器(1)为LD(2)提供注入电流并控制其工作温度，从LD(2) 的尾纤(3)输出的泵浦光经汇聚光学系统(4)聚焦到激光工作物质(5) 中，激光工作物质(5)的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统(4) 的光轴上且在激光工作物质(5)之后设置有PBS(6)，在垂直于汇聚光学 系统(4)光轴方向并与PBS(6)相对应的位置设置有输出耦合镜(8)和 压电陶瓷管(9)，压电陶瓷管(9)与输出耦合镜(8)粘接在一起，输出耦 合镜(8)的球面镀有对振荡激光波长高反射的介质膜，输出耦合镜(8)与 激光工作物质(5)的泵浦端面构成直角驻波谐振腔，其特征在于，所述直 角驻波谐振腔内设置有PBS(6)和半波片(7)组成的双折射滤光片。
3、一种LD端面泵浦直线驻波腔内腔倍频单频固体激光器，与LD(2) 相连接的LD控制器(1)为LD(2)提供注入电流并控制其工作温度，从 LD(2)的尾纤(3)输出的泵浦光经汇聚光学系统(4)聚焦到激光工作物 质(5)中，激光工作物质(5)的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系 统(4)的光轴上并在激光工作物质(5)之后设置有输出镜(11)，输出镜 (11)与压电陶瓷管(9)相粘连，输出镜(11)的球面镀有对振荡激光波 长高反射的介质膜，输出镜(11)的球面与激光工作物质(5)的泵浦端面 构成直线驻波谐振腔，其特征在于，所述的直线驻波谐振腔内设置有PBS(6) 和倍频晶体(10)组成的双折射滤光片。
4、一种LD端面泵浦直角驻波腔内腔倍频单频固体激光器，与LD(2)相连 接的LD控制器(1)为LD(2)提供注入电流并控制其工作温度，从LD(2)的 尾纤(3)输出的泵浦光经汇聚光学系统(4)聚焦到激光工作物质(5)中，激光 工作物质(5)的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统(4)的光轴上且在 激光工作物质(5)之后设置有PBS(6)，在垂直于汇聚光学系统(4)光轴方向 并与PBS(6)相对应的位置设置有输出镜(11)和压电陶瓷管(9)，压电陶瓷管 (9)与输出镜(11)粘接在一起，输出镜(11)的球面镀有对振荡激光波长高反 射的介质膜，输出镜(11)与激光工作物质(5)的泵浦端面构成直角驻波谐振腔， 其特征在于，所述直角驻波谐振腔内设置有PBS(6)和倍频晶体(10)组成的双 折射滤光片，并且倍频晶体(10)设置在PBS(6)与输出镜(11)之间。
5、按照权利要求1、2、3或4所述的单频固体激光器，其特征在于，所述的 激光工作物质(5)选用Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体、Yb:YAG晶体、Nd:glass 或Er:Yb:glass。
6、按照权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述的λ/2波片(7)选 用晶体石英或方解石晶体。
7、按照权利要求3或4所述的激光器，其特征在于，所述的倍频晶体(10) 选用KTP、PPKTP或LBO晶体。
技术领域
本发明属于固体激光技术领域，涉及单频固体激光器中采用双折射滤光 片选模技术的激光二极管LD端面泵浦单频固体激光器，具体涉及几种LD 端面泵浦驻波腔单频固体激光器。
背景技术
尽管增加腔内BP片数量可以增强双折射滤光片的选模能力，但BP片 数量不宜很多，否则将会增大腔内插入损耗，并使激光器结构变得很复杂， 也不利于提高单频激光器输出功率。
发明内容
本发明所采用的第一种技术方案是，一种LD端面泵浦直线驻波腔单频 固体激光器，与LD相连接的LD控制器为LD提供注入电流并控制其工作 温度，从LD的尾纤输出的泵浦光经汇聚光学系统聚焦到激光工作物质中， 激光工作物质的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统的光轴上并在激 光工作物质之后设置有输出耦合镜，输出耦合镜与压电陶瓷管相粘连，输出 耦合镜的球面镀有对振荡激光波长高反射的介质膜，输出耦合镜的球面与激 光工作物质的受光端面构成直线驻波谐振腔，所述的直线驻波谐振腔内，设 置有由微小型PBS和λ/2波片组成的双折射滤光片。
本发明所采用的第二种技术方案是，一种LD端面泵浦直角驻波腔单频 固体激光器，与LD相连接的LD控制器为LD提供注入电流并控制其工作 温度，从LD的尾纤输出的泵浦光经汇聚光学系统聚焦到激光工作物质中， 激光工作物质的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统的光轴上且在激 光工作物质之后设置有PBS，在垂直于汇聚光学系统光轴方向并与PBS相 对应的位置设置有输出耦合镜和压电陶瓷管，压电陶瓷管与输出耦合镜粘接 在一起，输出耦合镜的球面镀有对振荡激光波长高反射的介质膜，输出耦合 镜与激光工作物质的泵浦端面构成直角驻波谐振腔，所述直角驻波谐振腔内 设置有PBS和半波片组成的双折射滤光片。
本发明所采用的第三种技术方案是，一种LD端面泵浦直线驻波腔内腔 倍频单频固体激光器，与LD相连接的LD控制器为LD提供注入电流并控 制其工作温度，从LD的尾纤输出的泵浦光经汇聚光学系统聚焦到激光工作 物质中，激光工作物质的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统的光轴 上并在激光工作物质之后设置有输出镜，输出镜与压电陶瓷管相粘连，输出 镜的球面镀有对振荡激光波长高反射的介质膜，输出镜的球面与激光工作物 质的泵浦端面构成直线驻波谐振腔，所述的直线驻波谐振腔内设置有PBS 和倍频晶体组成的双折射滤光片。
本发明所采用的第四种技术方案是，一种LD端面泵浦直角驻波腔内腔 倍频单频固体激光器，与LD相连接的LD控制器为LD提供注入电流并控 制其工作温度，从LD的尾纤输出的泵浦光经汇聚光学系统聚焦到激光工作 物质中，激光工作物质的泵浦端面镀有双色介质膜，在汇聚光学系统的光轴 上且在激光工作物质之后设置有PBS，在垂直于汇聚光学系统光轴方向并与 PBS相对应的位置设置有输出镜和压电陶瓷管，压电陶瓷管与输出镜粘接在 一起，输出镜的球面镀有对振荡激光波长高反射的介质膜，输出镜与激光工 作物质的泵浦端面构成直角驻波谐振腔，所述直角驻波谐振腔内设置有PBS 和倍频晶体组成的双折射滤光片，并且倍频晶体设置在PBS与输出镜之间。
本发明的有益效果是，单纵模选择能力明显提高、结构更加简单和小型 化，能获得从近红外到可见光波段的单频激光输出。
附图说明
图1是本发明激光器实施例1的结构示意图；
图2是本发明激光器实施例2的结构示意图；
图3是本发明激光器实施例3的结构示意图；
图4是本发明激光器实施例4的结构示意图；
图5是对本发明激光器实施例1的激光振荡测试模谱图；
图6是对本发明激光器实施例2的激光振荡测试模谱图。
图中，1.LD控制器；2.LD；3.LD尾纤；4.汇聚光学系统；5.激光工 作物质；6.PBS；7.半波片；8.输出耦合镜；9.压电陶瓷管；10.倍频晶体； 11.输出镜。
具体实施方式
本发明在研究传统双折射滤光片选模原理的基础上，采用PBS代替传 统BP片，并与石英等晶体制作的半波片或非线性光学倍频晶体组成新的双 折射滤光片实现单纵模选择，使LD泵浦固体激光器以单纵模振荡，从而输 出单频基频光或单频倍频光。
图1是本发明激光器第一种实施例的结构示意图。这是一种LD端面泵 浦直线驻波腔单频固体激光器，LD控制器1用于控制LD 2的注入电流和工 作温度，从LD 2尾纤3输出的泵浦光经汇聚光学系统4聚焦到激光工作物 质5中，激光工作物质5的受光端面镀有双色介质膜(对LD 2泵浦光增透， 同时对振荡激光高反射)，用作激光器谐振腔的后反射镜；在汇聚光学系统4 的光轴上并在激光工作物质5之后依次设置有PBS 6、半波片7、输出耦合 镜8和压电陶瓷管9。输出耦合镜8的球面镀有对振荡激光波长高反射的介 质膜(透射率约百分之几)，与激光工作物质5的泵浦端面(即左端面)构 成直线驻波谐振腔，腔内包含有双折射滤光片PBS-λ/2，以实现激光单纵模 振荡，单频激光从输出耦合镜8射出。压电陶瓷管9与输出耦合镜8粘接在 一起，改变加在压电陶瓷管9内外壁电极之间的电压可以微调激光腔长。
本实施例由偏振分光棱镜(PBS)和半波片(λ/2)组成双折射滤光片 (PBS-λ/2)作为激光纵模选择元件，将其置于LD端面泵浦直线驻波固体激 光器的谐振腔内，使激光p分量以单纵模振荡输出。
图2是本发明激光器的第二种实施例的结构示意图。这是一种LD端面 泵浦直角驻波腔单频固体激光器，包括LD 2和与LD 2相连接的LD控制器 1，LD控制器1用于控制LD 2的注入电流和工作温度，从LD 2尾纤3输出 的泵浦光经汇聚光学系统4聚焦到激光工作物质5中，激光工作物质5的泵 浦端面镀有双色介质膜(对LD 2泵浦光增透，同时对振荡激光高反射)，用 作激光器谐振腔的后反射镜；在汇聚光学系统4的光轴上激光工作物质5之 后设置PBS 6，在与汇聚光学系统4光轴垂直方向并与PBS 6相对应处设置 半波片7、输出耦合镜8和压电陶瓷管9。输出耦合镜8的球面镀有对振荡 激光波长高反射的介质膜(透射率约百分之几)，与激光工作物质5的泵浦 端面构成直角驻波谐振腔，腔内包含有双折射滤光片PBS-λ/2，使激光器以 单纵模振荡，单频激光从输出耦合镜射出。压电陶瓷管9与输出耦合镜8粘 接在一起，改变加在压电陶瓷管9内外壁电极之间的电压可以微调激光腔长。
本实施例将双折射滤光片PBS-λ/2置于LD端面泵浦直角驻波固体激光 器的谐振腔内，使激光s分量以单纵模振荡输出。
本发明激光器的第1或2种实施例还可将半波片7设置于激光工作物质 5与PBS 6之间，整体结构更加具有灵活性，以适应不同的需求。
图3是本发明激光器的第三种实施例的结构示意图。这是一种LD端面 泵浦直线驻波腔内腔倍频单频固体激光器，其结构与图1所示单频固体激光 器结构相比，惟有两处不同：第一，采用采用非线性光学倍频晶体10代替 了图1中的半波片7，用倍频晶体10与PBS 6组成双折射滤光片，使基频光 以单纵模振荡；第二，用输出镜11代替了图1中的输出耦合镜8，输出镜 11的球面蒸镀双色介质膜，即对基频振荡光波高反，同时对倍频光波增透。
本实施例由PBS和非线性光学倍频晶体组成双折射滤光片作为激光纵 模选择元件，将其置于LD端面泵浦直线驻波固体激光器的谐振腔内，使基 频光的p分量以单纵模振荡，经光学倍频后获得单频倍频激光输出。
图4是本发明激光器的第四种实施例的结构示意图。这是一种LD端面 泵浦直角驻波腔内腔倍频单频固体激光器，其结构与图2所示单频固体激光 器结构相比，惟有两处不同：第一，采用非线性光学倍频晶体10代替了图2 中的半波片7，用倍频晶体10与PBS 6组成双折射滤光片，使基频光以单纵 模振荡；第二，用输出镜11代替了图2中的输出耦合镜8，输出镜11的球 面蒸镀双色介质膜，即对基频振荡光波高反，同时对倍频光波增透。工作时， 从LD尾纤3输出的泵浦光经汇聚光学系统4聚焦到激光工作物质5中，在 汇聚光学系统4光轴上激光工作物质5之后设置有PBS 6，在垂直于汇聚光 学系统4光轴方向并与PBS 6相对应的位置设置有输出镜11，在输出镜11 与PBS 6之间设置有倍频晶体10。激光工作物质5的泵浦端面与输出镜11 之间构成直角形驻波激光谐振腔，腔内PBS 6与倍频晶体10组成双折射滤 光片使激光器基频光以单纵模振荡，同时倍频晶体10对单频基频光进行倍 频，单频倍频激光从输出镜11射出。
本实施例由PBS和非线性光学倍频晶体组成双折射滤光片作为激光纵 模选择元件，将其置于LD端面泵浦直角驻波固体激光器的谐振腔内，使基 频光s分量以单纵模振荡，经光学倍频后获得单频倍频激光输出。
LD控制器1为LD 2提供注入电流并控制其工作温度，使LD光波波长 处于激光工作物质的吸收峰波长处，实现最佳光谱匹配。从LD尾纤3输出 的泵浦光经汇聚光学系统4聚焦到激光工作物质5中，激光工作物质5的泵 浦端面镀有对泵浦光波增透、同时对振荡光波高反射的双色介质膜，作为激 光谐振腔的后反射镜，激光工作物质5选用Nd:YAG晶体、Nd:YVO4晶体、 Yb:YAG晶体、Nd:glass或Er:Yb:glass等；根据振荡激光波长选择腔内PBS 6，其尺寸不超过5mm×5mm×5mm(市售PBS尺寸规格可小至2mm×2mm ×2mm)；半波片7用石英或方解石晶体制作，其光轴与晶面平行并与微型 偏振分光棱镜6的起偏方向成45°角，厚度一般小于1mm，且两个工作面 镀有对振荡激光波长增透介质膜；具有双折射效应的非线性光学倍频晶体10 可选用KTP、PPKTP或LBO等，其光轴与晶面平行并与PBS 6的偏振面成 45°角，倍频晶体10的轴向长度一般不超过5mm，且其两工作面镀有对基 频光和倍频光增透的双色介质膜；输出耦合镜8和输出镜11的曲率半径均 为100mm，前者球面蒸镀对基频光波反射膜(透射率2％～5％)，后者球面蒸 镀对基频光波高反、同时对倍频光波增透的双色介质膜；与输出耦合镜8和 输出镜11粘接的压电陶瓷管9壁厚为1mm，长度约10mm。因此本发明提 供的四种驻波腔单频固体激光器的谐振腔几何长度可以很小(约10mm左 右)，并且整个激光头(含汇聚光学系统4和压电陶瓷管9)的轴向尺寸一般 不超过30mm。
本发明的实施例将半波片7或倍频晶体10的光轴与PBS 6偏振面成45 °角设置，使腔内双折射滤光片具有最强的单纵模选择能力；另外，本发明 采用了微小尺寸的PBS 6，使激光谐振腔的长度变得很短(约10mm左右)， 不但减小了腔内损耗和激光头外型尺寸，而且大大增强了腔内双折射滤光片 的单纵模选择能力。
实施例1
在图2所示单频激光器结构中，激光工作物质5采用Nd:YAG晶体，构 成LD端面泵浦1064nm直角驻波腔单频Nd:YAG激光器。LD 2的标称波长 为808nm，LD尾纤3的芯径100μm，数值孔径NA＝0.22，最大出纤功率为 1.5W。808nm泵浦光经汇聚光学系统4(自聚焦透镜，尺寸为φ2.6mm× 6.5mm，数值孔径NA＝0.6)汇聚到激光工作物质(即Nd:YAG晶体)5中。 Nd:YAG晶体的掺杂浓度为1.1％，尺寸规格为3mm×3mm×5mm(通光方 向长度为5mm)，其泵浦端面(即各个图中的左端面)镀有双色介质膜，即 对1064nm振荡激光高反射(反射率大于99.8％)、对808nm泵浦光增透(透 过率大于95％)，Nd:YAG晶体的右端面镀1064nm增透介质膜(透过率大于 99.9％)；PBS 6的尺寸规格为12.7mm×12.7mm×12.7mm，对1064nm光波 p分量透过率和s分量反射率分别为96％和99.9％；半波片7用石英晶体制 作，其几何厚度为699nm，光轴与PBS 6偏振面之间的夹角为45°；输出 耦合镜8的曲率半径为100mm，其球面镀有1064nm反射介质膜，透过率为 3.6％；与输出耦合镜8相粘接的P5型压电陶瓷管9的尺寸规格为Φ14mm ×Φ12mm×15mm。直角驻波腔的光学腔长约为50mm。
下面通过实验来验证本发明的效果。通过仔细调节激光谐振腔和腔内半 波片7和PBS 6的方位，并控制LD 2的温度和注入电流，实现了1064nm 单频激光振荡输出。用检偏器检查输出光的偏振态，发现其为线偏振光(s 偏振)；当Nd:YAG晶体的端面泵浦光功率约为1W时，测得1064nm线偏振 单频激光的输出功率为72mW，半小时内的功率稳定性优于2％；用共焦F-P 扫描干涉仪(自由光谱范围FSR＝3.75GHz)测得的激光振荡模谱如图5所示， 可以看出，激光器的确是以单纵模振荡的，说明腔内PBS 6和半波片7组成 的双折射滤光片PBS-λ/2确实具有单纵模选择能力；连续改变加在电陶瓷管 9内外壁电极间的直流电压，观察到单纵模振荡频率的调谐现象，而且图5 所示的单纵模振荡模谱周期性重复出现，即在微调腔长的条件下仍然能够实 现单纵模运转，说明腔内双折射滤光片PBS-λ/2具有很强的单纵模选择能力。
实施例2
在图1所示单频固体激光器结构中，激光工作物质5采用Nd:YAG晶体， 构成LD端面泵浦1064nm直线驻波腔Nd:YAG激光器。系统所用各元器件 及仪器均与实施例1中的相同，直线驻波腔的光学腔长约为50mm。通过仔 细调节激光谐振腔和腔内半波片7和PBS 6的方位，并控制LD 2的温度和 注入电流，实现了1064nm单频激光振荡输出。当Nd:YAG晶体的端面泵浦 光功率约为1W，测得从输出耦合镜8输出的1064nm单频激光功率为22mW， 而沿垂直于腔轴方向并从PBS 6两个侧面逸出腔外的单频激光功率分别为 16.3mW和12.6mW；用检偏器检查从以上三个方向输出的单频激光的偏振 态，发现它们均为相同偏振态(p偏振)的线偏振光；与直角驻波腔激光器 结构相比，直线驻波腔激光器结构中从PBS 6两侧面逸出光功率比较大，而 且从输出耦合镜输出的激光功率也比较小，其根本原因在于PBS 6对p分量 光波的透射率较低(Tp＝96％)，从而导致部分p分量光波在PBS 6的分光面 反射而逸出腔外；用共焦F-P扫描干涉仪(FSR＝3.75GHz)测得的激光振荡 模谱如图6所示，可以看出，激光器的确是以单纵模振荡的，说明腔内PBS 6和半波片7组成的双折射滤光片PBS-λ/2对直线驻波腔激光器同样具有单 纵模选择能力；连续调节加在电陶瓷管9内外壁电极间的直流电压，观察到 单纵模振荡频率的调谐现象，而且图6所示的单纵模振荡模谱周期性重复出 现，即在微调腔长的条件下仍然能够保证单纵模运转，也说明腔内双折射滤 光片对直线驻波腔同样具有很强的单纵模选择能力。
本发明的激光器采用高性能的PBS替代传统的单BP片或多BP片，与 激光腔内晶体石英、方解石等制作的半波片或非线性光学倍频晶体组成双折 射滤光片，单纵模选择能力明显提高、结构更加简单和小型化，能获得从近 红外到可见光波段的单频激光输出，为激光测量、光通信、光存储等应用系 统提供理想光源。
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