專利名稱：LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd: YAG激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙頻Nd:YAG激光器，具體涉及一種激光二極管(LD)抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差的雙頻Nd:YAG激光器。
背景技術(shù)：
法國Rennes大學(xué)M.Brunel等人采用兩束橫向相距約1mm的正交線偏振鈦寶石激光縱向抽運(yùn)Nd:YAG晶體，晶體兩側(cè)各放置一只1064nm四分之一波片以消除增益的空間燒孔效應(yīng)，通過改變兩波片快、慢軸之間的夾角，并輔以熔融石英F-P標(biāo)準(zhǔn)具角度調(diào)諧，實(shí)現(xiàn)了頻差為0～26GHz的1064nm雙頻激光同時(shí)振蕩輸出M.Brunel，F(xiàn).Bretenaker.Tunable optical microwave sourceusing spatially resolved laser eigenstates.Opt.Lett.，1997，22(5)384-386。這種雙頻激光器的缺點(diǎn)是腔內(nèi)元件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻差調(diào)諧過程繁瑣，不利于頻率和頻差穩(wěn)定，也不利于器件小型化，而且采用鈦寶石激光器作抽運(yùn)源，大大增加了激光系統(tǒng)的成本，在一定程度上限制了它的應(yīng)用范圍。
白俄羅斯國家科學(xué)院V.G.Gudelev等人設(shè)計(jì)并制作了一種LD端面抽運(yùn)的耦合腔可調(diào)諧雙頻Nd:YAG激光器V.G.Gudelev，V.V.Mashko，and N.K.Neekenko et al.，Diode-pumped cw tunable two-frequency YAG:Nd3+laser withcoupled resonators.Appl.Phys.B 76，249-252(2003)。Nd:YAG晶體兩端面與球面輸出耦合鏡構(gòu)成了三個(gè)諧振腔(其中兩個(gè)有源腔和一個(gè)無源腔)，利用這三個(gè)腔之間的互耦合特性進(jìn)行激光縱模選擇；通過對(duì)處于激光諧振腔之內(nèi)的輸出耦合鏡材料施加外部作用力以產(chǎn)生光彈效應(yīng)，使激光縱模發(fā)生分裂，從而輸出兩正交線偏振1064nm連續(xù)波可調(diào)諧雙頻激光，頻差調(diào)諧范圍為50MHz～8.4GHz，在240mW抽運(yùn)功率下獲得了12mW的雙頻激光輸出。這種雙頻激光器的頻差還仍然比較小。
日本通產(chǎn)省郵電通信研究實(shí)驗(yàn)室研制了一種LD抽運(yùn)外腔倍頻雙縱模Nd:YVO4微片綠光激光系統(tǒng)M.Tani，P.Gu，M.Hyodo，K.Sakai，and T.Hidaka，Generation of coherent terahertz radiation by photomixing of dual-modelasers.Optical and Quantum Electronis 32，503-520(2000)。所用微片厚度為0.5mm，諧振腔長度約3mm，并通過穩(wěn)頻系統(tǒng)控制腔長的熱漂移，獲得頻差為50.5GHz的1064nm雙縱模雙頻激光輸出(線寬約100kHz)，經(jīng)外腔LiNbO3倍頻后得到了頻差為101GHz的雙頻532nm綠光輸出，當(dāng)基頻光功率為220mW時(shí)，532nm綠光輸出功率可達(dá)65mW。這種雙縱模雙頻Nd:YVO4微片激光器的缺點(diǎn)是其頻差很難進(jìn)一步擴(kuò)大，而且頻差不能調(diào)諧。
清華大學(xué)精密測試技術(shù)及儀器國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開展了基于應(yīng)力雙折射效應(yīng)的LD抽運(yùn)雙頻Nd:YAG激光技術(shù)研究工作黃春寧，李巖，郭輝等，新型大頻差可調(diào)諧雙頻激光器，光電子激光，2002，13(3)229～231。在單塊Nd:YAG晶體兩面蒸鍍介質(zhì)膜，直接形成封閉的平-凹型諧振腔，當(dāng)LD抽運(yùn)功率不太大時(shí)可以輸出1064nm單縱模激光；通過加壓裝置將液體壓力作用到Nd:YAG晶體的直徑方向上，由于應(yīng)力雙折射效應(yīng)的緣故，激光縱模分裂為兩個(gè)正交線偏振的o模和e模，從而產(chǎn)生1064nm雙頻Nd:YAG激光輸出，其頻差可隨外加壓力的改變而調(diào)諧，實(shí)驗(yàn)得到的最大頻差為3.4GHz。這種LD抽運(yùn)應(yīng)力雙折射雙頻Nd:YAG激光器的缺點(diǎn)是頻差調(diào)諧范圍小，而且因?yàn)闆]有從技術(shù)上徹底消除增益空間燒孔效應(yīng)，所以LD抽運(yùn)功率不能太高，結(jié)果使雙頻激光的輸出功率比較小。
北京理工大學(xué)光電工程系設(shè)計(jì)了基于扭轉(zhuǎn)模腔技術(shù)的LD抽運(yùn)可調(diào)諧雙頻Nd:YAG激光器盧蔥蔥，趙長明，吳克瑛，利用微失調(diào)扭轉(zhuǎn)模腔產(chǎn)生雙頻激光，北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，19(3)343-347，即在Nd:YAG晶體兩側(cè)放置兩個(gè)晶軸方向相互垂直的1064nm四分之一波片，以消除增益空間燒孔效應(yīng)，獲得單縱模振蕩輸出；當(dāng)這兩個(gè)四分之一波片處于微失調(diào)狀態(tài)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出，其頻差大小取決于兩波片的失調(diào)量，頻差調(diào)諧范圍從幾十MHz到1GHz。這種雙頻激光器的缺點(diǎn)是頻差調(diào)諧范圍小，而且無法獲得頻差更大的雙頻激光輸出。
在《中國激光》(2001，28(2)100-102)中的文章《大頻差雙折射雙頻Nd:YAG激光器》(作者焦明星，張書練，梁晉文)公開了一種LD抽運(yùn)雙折射雙頻Nd:YAG激光器，將一只用晶體石英制作的雙折射F-P標(biāo)準(zhǔn)具插入LD抽運(yùn)Nd:YAG激光器的諧振腔內(nèi)，因腔內(nèi)存在雙折射效應(yīng)，每一激光縱模分裂為兩個(gè)互相正交的線偏振模(即o模和e模)；同樣，Nd:YAG激光增益帶寬范圍內(nèi)F-P標(biāo)準(zhǔn)具的唯一極大透射峰也一分為二(即分裂為o峰和e峰)。若使一個(gè)o模位于o峰的中心頻率處，并使一個(gè)e模位于e峰的中心頻率處，即可實(shí)現(xiàn)o模和e模的同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而獲得1064nm雙頻激光輸出。實(shí)驗(yàn)用晶體石英F-P標(biāo)準(zhǔn)具的幾何厚度為0.645mm，切割角(晶體光軸與晶體表面法線之間的夾角)為10°，Nd:YAG激光器腔長為40mm，調(diào)整晶體石英F-P標(biāo)準(zhǔn)具在腔內(nèi)的傾斜角，獲得了頻差約為2GHz的1064nm正交線偏振雙縱模雙頻激光的同時(shí)振蕩輸出。這種雙頻激光器的缺點(diǎn)是對(duì)腔內(nèi)石英晶體雙折射F-P標(biāo)準(zhǔn)具的調(diào)整精度要求比較高，頻差比較小而且不能調(diào)諧。
目前，國內(nèi)和國外同行專家研究開發(fā)的雙頻Nd:YAG激光器的頻差分別小于3.4GHz和26GHz，LD抽運(yùn)雙縱模雙頻Nd:YVO4微片綠光激光器的頻差為101GHz。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超大頻差的LD抽運(yùn)共增益雙腔雙頻Nd:YAG激光器，解決了現(xiàn)有雙頻激光器頻差比較小的問題，為THz輻射用光電導(dǎo)開關(guān)、微波與毫米波系統(tǒng)以及絕對(duì)距離干涉測量系統(tǒng)提供理想光源。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器，包括LD和LD控制器，LD通過LD尾纖輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)聚焦到Nd:YAG晶體中，Nd:YAG晶體的左端面與輸出耦合鏡構(gòu)成激光諧振腔，激光諧振腔內(nèi)，Nd:YAG晶體的左端面與第一輸出耦合鏡構(gòu)成直線腔，直線腔內(nèi)Nd:YAG晶體之后依次設(shè)置有KTP倍頻晶體和偏振分光棱鏡，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡，Nd:YAG晶體的左端面與第二輸出耦合鏡構(gòu)成直角腔，第一輸出耦合鏡的后面設(shè)置第一反射鏡，第二輸出耦合鏡的后面設(shè)置第二反射鏡，經(jīng)第一反射鏡和第二反射鏡反射的兩束單頻綠光到達(dá)第二偏振分光棱鏡實(shí)現(xiàn)合光。
本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，偏振分光棱鏡的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜。
與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第三偏振分光棱鏡，第三偏振分光棱鏡將透射出的1064nm單頻激光送入F-P腔，經(jīng)伺服控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)與第一輸出耦合鏡相粘結(jié)的壓電陶瓷管上的電壓。
本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器，包括LD和LD控制器，LD通過LD尾纖輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)聚焦到Nd:YAG晶體中，Nd:YAG晶體的左端面與輸出耦合鏡構(gòu)成激光諧振腔，激光諧振腔內(nèi)，Nd:YAG晶體的左端面與第一輸出耦合鏡構(gòu)成直線腔，直線腔內(nèi)Nd:YAG晶體之后依次設(shè)置有偏振分光棱鏡和KTP倍頻晶體，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡，Nd:YAG晶體的左端面與第二輸出耦合鏡構(gòu)成直角腔，直角腔內(nèi)偏振分光棱鏡與第二輸出耦合鏡之間設(shè)置有第二KTP倍頻晶體，第一輸出耦合鏡的后面設(shè)置第一反射鏡，第二輸出耦合鏡的后面設(shè)置第二反射鏡，經(jīng)第一反射鏡和第二反射鏡反射的兩束單頻綠光到達(dá)第二偏振分光棱鏡實(shí)現(xiàn)合光。
偏振分光棱鏡的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜。
在LD抽運(yùn)Nd:YAG激光器的諧振腔內(nèi)放置一只偏振分光棱鏡(PBS)，以替代傳統(tǒng)的單片或多片BP元件，與腔內(nèi)雙折射晶體(如KTP等)組成新型雙折射濾光片(如PBS-KTP等)，使激光器以單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)；采用這種新型雙折射濾光片選模技術(shù)，使具有公共增益介質(zhì)(Nd:YAG晶體)的兩個(gè)激光諧振腔均以單縱模工作，從而獲得正交線偏振雙頻Nd:YAG激光同時(shí)振蕩輸出。
本發(fā)明采用具有光學(xué)各向同性的Nd:YAG晶體作為激光增益介質(zhì)，其增益帶寬約180GHz。兩諧振腔的基頻光(1064nm)單縱模振蕩頻率可同時(shí)在0～180GHz范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，于是，1064nm正交線偏振雙頻激光的最大頻差可達(dá)180GHz，經(jīng)非線性光學(xué)倍頻后，正交線偏振雙頻532nm綠光的最大頻差可達(dá)360GHz。


圖1是本發(fā)明LD抽運(yùn)共增益雙腔雙頻Nd:YAG激光器原理圖；其中，a是Nd:YAG增益曲線及PBS-KTP雙折射濾光片p分量和s分量光波透過率曲線，b是基頻光p分量及s分量“頻率梳”，c是基頻光雙縱模同時(shí)振蕩模譜。
圖2是本發(fā)明的一種LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的另一種LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是對(duì)本發(fā)明激光器的一種實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖。
圖中，1.LD控制器，2.LD，3.LD尾纖，4.匯聚光學(xué)系統(tǒng)，5.Nd:YAG晶體，6.KTP倍頻晶體，7.偏振分光棱鏡，8.第一輸出耦合鏡，9.壓電陶瓷管，10.第二輸出耦合鏡，11.壓電陶瓷管，12.第二反射鏡，13.第一反射鏡，14.第二偏振分光棱鏡，15.第三偏振分光棱鏡，16.F-P腔；17.伺服控制系統(tǒng)，18.第二KTP倍頻晶體。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
由于Nd:YAG激光譜線是均勻加寬的，因此Nd:YAG激光器一般以單縱模振蕩，但由于存在增益的空間燒孔效應(yīng)，當(dāng)外部激發(fā)較強(qiáng)時(shí)，Nd:YAG激光器常常工作在多縱模狀態(tài)，于是，在研究開發(fā)雙頻Nd:YAG激光器的過程中，激光縱模選擇技術(shù)占有極其重要的地位。在諸多的激光縱模選擇技術(shù)中，由布儒斯特片BP和非線性光學(xué)倍頻晶體KTP組成的雙折射濾光片BP-KTP選模技術(shù)已成功地用于中小功率LD抽運(yùn)全固態(tài)單頻激光器中。當(dāng)抽運(yùn)功率較大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)多模振蕩輸出，為解決這一問題，常在激光腔內(nèi)放置兩片或多片BP元件，與腔內(nèi)KTP晶體共同形成雙折射濾光片，使激光器以單縱模振蕩。
本發(fā)明在LD抽運(yùn)內(nèi)腔KTP倍頻532nm Nd:YAG綠光激光器的諧振腔內(nèi)放置一只偏振分光棱鏡PBS，以替代傳統(tǒng)的單片或多片BP元件，與腔內(nèi)KTP晶體組成新型雙折射濾光片PBS-KTP，使激光器以單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)；采用腔內(nèi)PBS-KTP雙折射濾光片選模技術(shù)及光學(xué)倍頻技術(shù)，使具有公共增益介質(zhì)(Nd:YAG晶體)的兩個(gè)激光諧振腔均以單縱模工作，從而獲得正交線偏振雙頻Nd:YAG激光同時(shí)振蕩輸出。1064nm雙頻激光的頻差在0～180GHz范圍內(nèi)可調(diào)諧，其最大頻差可達(dá)180GHz，經(jīng)光學(xué)倍頻后，正交線偏振雙頻532nm綠光的頻差在0～360GHz范圍內(nèi)可調(diào)諧，其最大頻差可達(dá)360GHz。
圖1是本發(fā)明LD抽運(yùn)共增益雙腔雙頻Nd:YAG激光器原理圖。Nd:YAG增益曲線及雙折射濾光片透過率曲線如圖a所示(p分量和s分量透過率曲線分別用實(shí)線和虛線表示)；雙腔諧振?！邦l率梳”如圖b所示(實(shí)線和虛線分別表示基頻光p分量及s分量激光縱模諧振頻率)；基頻光正交線偏振雙縱模同時(shí)振蕩模譜如圖c所示。從圖中可以看出，通過雙腔雙折射濾光片選模技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)兩正交線偏振雙縱模雙頻1064nm激光的同時(shí)振蕩，其頻差可達(dá)180GHz。
本發(fā)明LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器結(jié)構(gòu)如圖2所示。包括LD 2和LD控制器1，LD 2通過LD尾纖3輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到Nd:YAG晶體5中，Nd:YAG晶體5的左端面與輸出耦合鏡構(gòu)成激光諧振腔，在激光諧振腔內(nèi)，Nd:YAG晶體5的左端面與第一輸出耦合鏡8構(gòu)成直線腔，在直線腔內(nèi)Nd:YAG晶體5之后依次設(shè)置有KTP倍頻晶體6和偏振分光棱鏡7，偏振分光棱鏡7的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡7相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡10，Nd:YAG晶體5的左端面與第二輸出耦合鏡10構(gòu)成直角腔。第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10分別與壓電陶瓷管9和11相粘接。從第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10出射的兩束532nm單頻綠光分別經(jīng)第一反射鏡13和第二反射鏡12反射，由第二偏振分光棱鏡14合光，獲得正交線偏振532nm雙頻綠光。
本發(fā)明還采用Pound-Dreve-Hall技術(shù)對(duì)雙頻激光的頻率和頻差進(jìn)行穩(wěn)頻。在與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡7相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置第三偏振分光棱鏡15，從第三偏振分光棱鏡15透射出的1064nm單頻激光進(jìn)入F-P腔16，經(jīng)伺服控制系統(tǒng)17調(diào)節(jié)加在壓電陶瓷管9上的電壓。
可以采用單只或兩只雙折射晶體與腔內(nèi)偏振分光棱鏡組成一個(gè)或兩個(gè)雙折射濾光片，偏振分光棱鏡和雙折射晶體在腔內(nèi)的相對(duì)位置可以相應(yīng)地改變。具有公共增益介質(zhì)--Nd:YAG晶體的直線腔和直角腔可以采用各種穩(wěn)定腔及臨界穩(wěn)定腔，腔內(nèi)可包含用于調(diào)諧激光振蕩頻率的各種光學(xué)元件(如光楔等)。
本發(fā)明提供的另一種LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括LD 2和LD控制器1，LD 2通過LD尾纖3輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到Nd:YAG晶體5中，Nd:YAG晶體5的左端面與輸出耦合鏡構(gòu)成激光諧振腔，在激光諧振腔內(nèi)，Nd:YAG晶體5的左端面與第一輸出耦合鏡8構(gòu)成直線腔，在直線腔內(nèi)Nd:YAG晶體5之后依次設(shè)置有偏振分光棱鏡7和KTP倍頻晶體6，偏振分光棱鏡7的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡7相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡10，Nd:YAG晶體5的左端面與第二輸出耦合鏡10構(gòu)成直角腔，在直角腔內(nèi)偏振分光棱鏡7與第二輸出耦合鏡10之間設(shè)置第二KTP倍頻晶體18，與圖2結(jié)構(gòu)一樣，從第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10出射的兩束532nm單頻綠光分別經(jīng)第一反射鏡13和第二反射鏡12反射，由第二偏振分光棱鏡14合光，獲得正交線偏振532nm雙頻綠光。
對(duì)于內(nèi)腔倍頻的雙頻激光系統(tǒng)，1064nm正交線偏振雙頻激光從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7的一個(gè)側(cè)面出射，兩束532nm單頻綠光分別從兩諧振腔的輸出耦合鏡8、10出射并由第二偏振分光棱鏡14合光后得到雙頻綠光輸出；對(duì)于不采用內(nèi)腔倍頻的雙頻激光系統(tǒng)，1064nm正交線偏振雙頻激光從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7的一個(gè)側(cè)面出射，也可以使兩束1064nm單頻激光分別從兩諧振腔的輸出耦合鏡出射并合光后得到1064nm雙頻激光輸出。
從直線腔或直角腔輸出耦合鏡逸出腔外的1064nm單頻激光或從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7的一個(gè)側(cè)面逸出腔外的1064nm正交線偏振雙頻激光可用于鎖定直線腔或直角腔的腔長。通過鎖定直線腔或直角腔的光學(xué)長度，可以穩(wěn)定正交線偏振雙頻1064nm基頻光和532nm綠光的頻率和頻差。
LD控制器1為LD 2提供注入電流并控制其工作溫度，從LD尾纖3輸出的808nm泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4聚焦到Nd:YAG晶體5中，該晶體左端面鍍有對(duì)808nm光波增透、同時(shí)對(duì)1064nm振蕩光波高反射的雙色介質(zhì)膜，作為直線腔和直角腔的公共后反射鏡；腔內(nèi)偏振分光棱鏡7的工作波長為1064nm，KTP倍頻晶體6(II類相位匹配)的光軸與晶面平行并與偏振分光棱鏡7的起偏方向成45°角，KTP倍頻晶體6的兩端面及偏振分光棱鏡7的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜；第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10的曲率半徑均為100mm，表面蒸鍍1064nm高反、532nm增透的雙色介質(zhì)膜。
腔內(nèi)偏振分光棱鏡7與KTP晶體6組成雙折射濾光片，即PBS-KTP，對(duì)直線腔和直角腔的縱模進(jìn)行選擇，使兩個(gè)諧振腔的1064nm基頻光均以單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。p分量(振動(dòng)方向平行于圖面，用短線表示)基頻光單縱模和s分量(振動(dòng)方向垂直于圖面，用圓點(diǎn)表示)基頻光單縱模的振蕩頻率可在Nd:YAG激光增益帶寬(0～180GHz)范圍內(nèi)調(diào)諧。使直線腔和直角腔的腔長近似相等，并通過微調(diào)腔長，使p分量單縱模和s分量單縱模的增益相近或相等，從而實(shí)現(xiàn)p分量單縱模和s分量單縱模的同時(shí)振蕩，其頻差可在0～180GHz范圍內(nèi)調(diào)諧；加之KTP晶體的非線性頻率變換作用，從第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10輸出s偏振和p偏振532nm單頻綠光，再分別經(jīng)第一反射鏡13和第二反射鏡12反射后，由第二偏振分光棱鏡14合光，得到正交線偏振雙頻532nm綠光，其頻差變化范圍為0～360GHz，最大頻差可達(dá)360GHz。
由于PBS制作工藝的不完善(光波p分量透過率和s分量反射率均小于100％)，必然會(huì)引起一小部分1064nm基頻光從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7的一側(cè)面逸出腔外，這種逸出腔外的1064nm正交線偏振雙頻激光經(jīng)第三偏振分光棱鏡15分光后，p分量光波進(jìn)入F-P腔16，通過伺服控制系統(tǒng)17調(diào)節(jié)加在壓電陶瓷管9(與輸出耦合鏡8粘接在一起)上的直流電壓以鎖定直線腔的光學(xué)腔長，從而實(shí)現(xiàn)基頻光p分量單縱模振蕩頻率的穩(wěn)定；一旦穩(wěn)定了基頻光p分量單縱模的振蕩頻率，基頻光s分量單縱模振蕩頻率也隨之穩(wěn)定(因?yàn)閮芍C振腔是完全對(duì)稱的)。因此，通過鎖定直線腔(或直角腔)的光學(xué)長度，可以穩(wěn)定正交線偏振雙頻1064nm基頻光和532nm綠光的頻率和頻差。
實(shí)施例如圖3所示的結(jié)構(gòu)，LD 2的標(biāo)稱波長為808nm，LD尾纖3的芯徑100μm，數(shù)值孔徑NA＝0.22，最大出纖功率為1.5W。808nm抽運(yùn)光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)4(自聚焦透鏡，尺寸為φ2.6mm×6.5mm，數(shù)值孔徑NA＝0.6)匯聚到Nd:YAG晶體5中。Nd:YAG晶體5的摻雜濃度為1.1％，尺寸規(guī)格為3mm×3mm×5mm，通光方向長度為5mm，其抽運(yùn)端(左端面)鍍有雙色介質(zhì)膜，即對(duì)1064nm高反射(反射率大于99.8％)、對(duì)808nm增透(透過率大于95％)，Nd:YAG晶體5的右端面鍍1064nm增透介質(zhì)膜(透過率大于99.9％)；腔內(nèi)偏振分光棱鏡7的尺寸規(guī)格為12.7mm×12.7mm×12.7mm，對(duì)1064nm光波p分量透過率和s分量反射率分別為99.6％和99.95％；兩只KTP倍頻晶體6和18的尺寸規(guī)格為2mm×2mm×5mm，通光方向長度為5mm，按II類相位匹配切割，兩端面皆鍍有1064nm和532nm增透膜(透過率大于99.8％)；第一輸出耦合鏡9和第二輸出耦合鏡10的曲率半徑均為100mm，球面鍍有1064nm高反(反射率大于99％)、532nm增透(透過率大于93％)的雙色介質(zhì)膜。
直線腔和直角腔的光學(xué)腔長約為80mm，通過仔細(xì)調(diào)節(jié)諧振腔和腔內(nèi)元件的方位，實(shí)現(xiàn)了雙腔532nm綠光同時(shí)輸出。當(dāng)Nd:YAG晶體端面抽運(yùn)光功率為900mW時(shí)，測得直線腔和直角腔532nm綠光的輸出功率分別為1.3mW和1.8mW；用檢偏器檢查兩路綠光的偏振態(tài)，發(fā)現(xiàn)它們的確是互相正交的線偏振光；從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7側(cè)面逸出的1064nm基頻光p分量和s分量的光功率分別為3.2mW和1mW，其偏振方向分別與直線腔和直角腔輸出的532nm綠光偏振方向垂直。
以下通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本發(fā)明的效果。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖4所示，在Nd:YAG晶體5與偏振分光棱鏡7之間放置了一只KTP倍頻晶體6，與偏振分光棱鏡7組成雙折射濾光片PBS-KTP。顯然，直線腔與直角腔中包含相同的雙折射濾光片PBS-KTP及激光增益介質(zhì)。該系統(tǒng)中所有光學(xué)元器件尺寸規(guī)格及特性參數(shù)均與圖3的相同，直線腔和直角腔的光學(xué)長度約為50mm。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)從第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10出射的532nm綠光是相互正交的線偏振光，其偏振方向分別與直線腔和直角腔內(nèi)1064nm基頻光偏振方向垂直；當(dāng)Nd:YAG晶體5的端面抽運(yùn)光功率為900mW時(shí)，從第一輸出耦合鏡8和第二輸出耦合鏡10輸出的532nm綠光功率分別為3mW和1mW；從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7側(cè)面逸出的1064nm基頻光經(jīng)第三偏振分光棱鏡15分光，測得p分量和s分量的光功率分別為7.1mW和0.6mW。由于直線腔和直角腔的綠光輸出功率以及從腔內(nèi)偏振分光棱鏡7側(cè)面逸出的1064nm基頻光功率均比較小，不便在雙腔情況下采用共焦F-P掃描干涉儀觀察腔內(nèi)雙折射濾光片PBS-KTP的選模效果。將圖4中直線腔的第二輸出耦合鏡10移去，在該位置處測得1064nm/532nm光功率為24.4mW，從偏振分光棱鏡7另一側(cè)面逸出的1064nm基頻光功率為18.5mW，從第一輸出耦合鏡8輸出的532nm綠光功率為4.2mW。用1064nm共焦F-P掃描干涉儀(自由光譜范圍為3.75GHz)觀察直線腔的模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該激光腔1064nm基頻光以單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求
1.一種LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻NdYAG激光器，包括LD(2)和LD控制器(1)，LD(2)通過LD尾纖(3)輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)聚焦到NdYAG晶體(5)中，NdYAG晶體(5)的左端面與輸出耦合鏡構(gòu)成激光諧振腔，其特征在于，所述的激光諧振腔內(nèi)，NdYAG晶體(5)的左端面與第一輸出耦合鏡(8)構(gòu)成直線腔，在直線腔內(nèi)NdYAG晶體(5)之后依次設(shè)置有KTP倍頻晶體(6)和偏振分光棱鏡(7)，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡(7)相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡(10)，NdYAG晶體(5)的左端面與第二輸出耦合鏡(10)構(gòu)成直角腔，所述第一輸出耦合鏡(8)的后面設(shè)置第一反射鏡(13)，所述第二輸出耦合鏡(10)的后面設(shè)置第二反射鏡(12)，經(jīng)第一反射鏡(13)和第二反射鏡(12)反射的兩束單頻綠光到達(dá)第二偏振分光棱鏡(14)實(shí)現(xiàn)合光。
2.按照權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述的偏振分光棱鏡(7)的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜。
3.按照權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡(7)相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第三偏振分光棱鏡(15)，第三偏振分光棱鏡(15)將透射出的1064nm單頻激光送入F-P腔(16)，經(jīng)伺服控制系統(tǒng)(17)調(diào)節(jié)與第一輸出耦合鏡(8)相粘結(jié)的壓電陶瓷管(9)上的電壓。
4.一種LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器，包括LD(2)和LD控制器(1)，LD(2)通過LD尾纖(3)輸出的泵浦光經(jīng)匯聚光學(xué)系統(tǒng)(4)聚焦到Nd:YAG晶體(5)中，Nd:YAG晶體(5)的左端面與輸出耦合鏡構(gòu)成激光諧振腔，其特征在于，所述的激光諧振腔內(nèi)，Nd:YAG晶體(5)的左端面與第一輸出耦合鏡(8)構(gòu)成直線腔，直線腔內(nèi)Nd:YAG晶體(5)之后依次設(shè)置有偏振分光棱鏡(7)和KTP倍頻晶體(6)，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡(7)相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡(10)，Nd:YAG晶體(5)的左端面與第二輸出耦合鏡(10)構(gòu)成直角腔，在直角腔內(nèi)偏振分光棱鏡(7)與第二輸出耦合鏡(10)之間設(shè)置有第二KTP倍頻晶體(18)，所述第一輸出耦合鏡(8)的后面設(shè)置第一反射鏡(13)，所述第二輸出耦合鏡(10)的后面設(shè)置第二反射鏡(12)，經(jīng)第一反射鏡(13)和第二反射鏡(12)反射的兩束單頻綠光到達(dá)第二偏振分光棱鏡(14)實(shí)現(xiàn)合光。
5.按照權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于，所述的偏振分光棱鏡(7)的四個(gè)工作面均鍍1064nm和532nm增透介質(zhì)膜。
全文摘要
本發(fā)明公開的LD抽運(yùn)共增益雙腔超大頻差雙頻Nd:YAG激光器，包括LD、LD控制器、LD尾纖、匯聚光學(xué)系統(tǒng)及激光諧振腔，Nd:YAG晶體的左端面與第一輸出耦合鏡構(gòu)成直線腔，直線腔內(nèi)Nd:YAG晶體之后依次設(shè)置KTP倍頻晶體和偏振分光棱鏡，與直線腔腔軸相垂直方向并與偏振分光棱鏡相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有第二輸出耦合鏡，Nd:YAG晶體的左端面與第二輸出耦合鏡構(gòu)成直角腔，兩諧振腔內(nèi)包含相同的Nd:YAG晶體和由偏振分光棱鏡與KTP倍頻晶體組成的雙折射濾光片，使兩諧振腔均以單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)；直線腔和直角腔內(nèi)可包含兩只KTP倍頻晶體，與偏振分光棱鏡組成兩個(gè)雙折射濾光片，使兩諧振腔均以單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)。從直線腔和直角腔輸出的兩束單頻綠光經(jīng)合光后，得到正交線偏振雙頻532nm綠光，其最大頻差可達(dá)360GHz。
文檔編號(hào)H01S3/0941GK1905294SQ20061010447
公開日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2006年8月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月7日
發(fā)明者焦明星 申請(qǐng)人:西安理工大學(xué)