專利名稱：輸出單頻脈沖的全固化固體激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輸出單頻脈沖的全固化固體激光器。可以應用于激光多普勒雷達、全息術、精密測量、激光光譜和非線性光學等多種學科領域。
為實現固體激光器的脈沖單頻運轉，已有的技術可以概括為兩類一類是先產生單頻連續激光，再調Q，獲得脈沖輸出。如果要求高功率輸出，則再加放大，即所謂的主振+放大(MOPA)結構。
由于固體激光介質大多數屬于均勻加寬型(如摻Nd晶體)，因此為實現單頻(即單縱模)運轉，有如下幾類典型結構(1)在激光器的諧振腔內插入選頻元件，諸如干涉儀、法泊里-佰羅(F-P)標準具之類。。
(2)縮短激光器的諧振腔腔長，增大縱模間隔。。
(3)采用環形行波腔單向運轉，消除空間燒孔效應的影響，選單縱模。。
(4)預調Q、扭轉模、復合腔等其它技術。(5)另一類是注入鎖定實現單頻脈沖高功率激光輸出的結構。。
它是把一個低功率、單頻運轉的主振蕩器(連續或脈沖)產生的種子激光注入到高功率脈沖運轉的伺服振蕩器中，從而獲得單頻、脈沖、高功率激光輸出。它要求注入種子激光的頻率與伺服振蕩器的振蕩頻率相匹配，因此必須配置諧振腔伺服控制機構。
以上所述幾種結構的缺點是結構比較復雜，調整麻煩，分立元件太多，不適合器件的集成、全固化。
本實用新型的目的是為了克服已有技術的缺點，提供一種輸出單頻脈沖的全固化固體激光器。其結構較簡單，調整容易，可達到全固化、體積小、重量輕和低功耗的要求，能提供高光束質量、窄線寬、頻率穩定的激光輸出。
本實用新型的固體激光器的結構如圖1所示。它包括由第一腔鏡1和第二腔鏡6構成的激光諧振腔8。第一腔鏡1的中心軸線O1O1與第二腔鏡6的中心軸線O2O2相互垂直。在激光諧振腔8內，靠近第一腔鏡1的一端與第一腔鏡1同中心軸線O1O1地置有第一激光介質2，靠近第二腔鏡6的一端與第二腔鏡2同中心軸線O2O2地置有第二激光介質5。在激光諧振腔8內，在第一腔鏡1的中心軸線O1O1與第二腔鏡6的中心軸線O2O2的交點O處置有偏振元件4。偏振元件4的偏振面401與第一腔鏡1的中心軸線O1O1的夾角α1和偏振面401與第二腔鏡6的中心軸線O2O2的夾角α2都是45°角。即∠α1=∠α2=45°。在激光諧振腔8內，在第一激光介質2與偏振元件4之間，與第一腔鏡1同中心軸線O1O1地置有電光Q調制器3。在激光諧振腔8外，與第一腔鏡1同中心軸線O1O1地置有第一泵浦源11，與第二腔鏡6同中心軸線O2O2地置有第二泵浦源7。上述置于激光諧振腔8內的第一、第二激光介質(2,5)，電光Q調制器3、偏振元件4以及第一腔鏡1和第二腔鏡6全部用固化膠10集成在一基片9上。也就是說，除了第一泵浦源11和第二泵浦源7可以固化在基片9上，或者不固化在基片9上外，其它所有置于激光諧振腔8內的元件包括第一腔鏡1和第二腔鏡6在內均用固化膠集成在一基片9上。
所說的置于激光諧振腔8內的第一激光介質2和第二激光介質5是波長λ相同厚度d不相等的固體激光工作物質。也就是說，第一激光介質2的波長λ1等于第二激光介質5的波長λ2，即λ1=λ2。而第一激光介質2的厚度d1大于第二激光介質5的厚度d2，即d1＞d2。
所說的置于激光諧振腔8外的第一泵浦源11和第二泵浦源7都是半導體激光器。第一泵浦源11的泵浦功率W1必須大于第二泵浦源7的泵浦功率W2，即W1＞W2。第一泵浦源11是大功率W1的準連續輸出光的半導體激光器，或者是大功率W1的連續輸出光的半導體激光器；第二泵浦源7是小功率W2的連續輸出光的半導體激光器。
所說的置于激光諧振腔8內的偏振元件4是偏振棱鏡，或者是偏振片。
所說的置于激光諧振腔8內的電光Q調制器3是由鈮酸鋰晶體構成，或者是由鉭酸磷鉀晶體構成，或者是磷酸鈦氧鉀(KTP)晶體構成。
所說的基片9是導熱性能好，化學物理性能穩定的白寶石片，或者是釔鋁石榴石(YAG)晶體片。
所說的第一腔鏡1和第二腔鏡6是平面鏡，或者是平凹鏡，或者是平凸鏡。在第一腔鏡1對著激光諧振腔8的內表面101上和在第二腔鏡6對著激光諧振腔8的內表面601上均鍍有對激光振蕩波長全反射的，對第一、第二泵浦源11、7的波長λ1=λ2的泵浦光全透過的多層介質膜。
所說的固化膠10是對激光振蕩波長損耗小的紫外固化膠。
上述結構的本實用新型固體激光器以如下方式運轉一開始，電光Q調制器3上不加電壓，由作為第二泵浦光源7的小功率W2連續半導體激光器輸出泵浦光Gp2泵浦第二激光介質5，在兩腔鏡第一腔鏡1和第二腔鏡6之間產生激光振蕩。然后用大功率W1半導體激光器作為第一泵浦源11輸出大功率W1激光Gp1泵浦第一激光介質2，因電光Q調制器3上無電壓，第一激光介質2開始的自發輻射光有一個偏振態可順利通過偏振元件4。對這一偏振態而言，輸出端402無反射，因腔內的Q值很低，形成不了激光振蕩。而與這一偏振態垂直的另一偏振態與作為注入種子源的第二泵浦源7的主振蕩激光偏振態及頻率一致，因而能產生激光振蕩，并一直在激光諧振腔8內的第一腔鏡1和第二腔鏡6之間往返。當激光諧振腔8內激光振蕩的光子密度達到最大值時(與大功率W1半導體激光泵浦有一延遲)，電光Q調制器3上迅速加上λ/4波電壓，這時電光Q調制器3相當于一個λ/4波片。振蕩激光在激光諧振腔8內的第一腔鏡1和第二腔鏡6之間往返兩次，偏振度旋轉90°，因此激光諧振腔8內存儲的最大光能瞬間透過偏振元件4從輸出端402輸出激光束Gc。這種激光諧振腔8內電光Q調制器3以脈沖透射式運轉，比已有技術中以一面形成激光振蕩一面從輸出鏡輸出激光的脈沖反射式電光Q調制器效率要高。
本實用新型的優點是(1)本實用新型采用復合腔，如上述的結構，在激光諧振腔8內有兩塊激光介質2和5，對應兩塊激光介質2和5在激光諧振腔8外有兩個泵浦源11和7。構成激光諧振腔8的第一腔鏡1和第二腔鏡6兩條中心軸線O1O1和O2O2相互垂直，又在激光諧振腔8內置有電光Q調制器3和偏振元件4，使得整個激光諧振腔8較短，輸出的是單頻脈沖的激光束Gc，所以短腔，單頻和脈沖運轉能夠在同一個復合腔中實現。
(2)上述的結構與已有技術相比，不需要腔長伺服控制，其結構簡單，調整方便，穩定可靠。
(3)本實用新型使用半導體激光器作泵浦源以及激光諧振腔2內的透射式電光Q調制器3，使得本實用新型的固體激光器效率較高，輸出的光束質量好，窄線寬，頻率穩定。
(4)上述構成激光器的全部元件都可以用固化膠10集成在基片9上，構成一固體激光器，所以本實用新型稱為全固化固體激光器，具有體積小、重量輕和低功耗的特點，適用于激光多普勒雷達、全息術、精密測量、激光光譜以及非線性光學等多學科領域。
圖1是本實用新型的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器的結構示意圖。
實施例如圖1所示。其中兩塊諧振腔的腔鏡第一腔鏡1和第二腔鏡6均為平面鏡，第一腔鏡1的內表面101和第二腔鏡6的內表面601分別鍍有對激光振蕩波長全反、對作為泵浦源11和7的半導體激光器波長高透過的多層介質膜。激光介質2、5采用摻釹釔鋁石榴石晶體(Nd∶YAG)(或Yb∶YAG)。第一激光介質2的厚度d1=1mm，由大功率W1脈沖半導體激光器作為第一泵浦源11，其功率W1≥600瓦，它起類似于高功率輸出的伺服振蕩器作用。第二激光介質5的厚度d2=0.5mm，由小功率W2連續半導體激光器作為第二泵浦源7，其功率W2≤1瓦。選擇激光諧振腔8的長度為20mm，保證其激光連續單頻振蕩，起到注入種子源的主振蕩器作用。電光Q調制器3是鈮酸鋰晶體構成的，置放在激光諧振腔8內第一激光介質2與偏振元件4之間，所以是透射式的。當它工作時，加有合適幅度及時間波形的電壓。偏振元件4是偏振棱鏡。上述激光器所包含的全部元件均用紫外固化膠10集成在一塊導熱好的作為基片9的白寶石片上。
本實施例中，整個激光器整體厚度僅為15mm，體積30×20×15mm3，調整簡單，輸出1.06nm單頻(線寬小于1MHz)脈沖(脈寬為nm量級)的激光束Gc，光束質量好，而且頻率穩定。
權利要求1．一種輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，包括<1>由第一腔鏡(1)和第二腔鏡(6)構成的激光諧振腔(8)，在激光諧振腔(8)外置有泵浦源(11、7)，在激光諧振腔(8)內置有激光介質(2、5)；其特征在于<2>第一腔鏡(1)的中心軸線(O1O1)與第二腔鏡(6)的中心軸線(O2O2)相互垂直；<3>在激光諧振腔(8)內，靠近第一腔鏡(1)的一端與第一腔鏡(1)同中心軸線(O1O1)地置有第一激光介質(2)，靠近第二腔鏡(6)的一端與第二腔鏡(6)同中心軸線(O2O2)地置有第二激光介質(5)；<4>在激光諧振腔(8)內，在第一腔鏡(1)的中心軸線(O1O1)與第二腔鏡(6)的中心軸線(O2O2)的交點(O)處置有偏振面(401)分別與第一腔鏡(1)的中心軸線(O1O1)的夾角(α1)和與第二腔鏡(6)的中心軸線(O2O2)的夾角(α2)都等于45°的偏振元件(4)；<5>在激光諧振腔(8)內，在第一激光介質(2)與偏振元件(4)之間、與第一腔鏡(1)同中心軸線(O1O1)地置有電光Q調制器(3)；<6>在激光諧振腔(8)外，與第一腔鏡(1)同中心軸線(O1O1)的置有第一泵浦源(11)，與第二腔鏡(6)同中心軸線(O2O2)的置有第二泵浦源(7)；<7>置于激光諧振腔(8)內的所有上述元件包括第一腔鏡(1)和第二腔鏡(6)在內，全部以固化膠(10)集成在一基片(9)上。
2．根據權利要求1所述的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，其特征在于所說的置于激光諧振腔(8)內的第一激光介質(2)的波長λ1等于第二激光介質(5)的波長λ2，即λ1=λ2，而第一激光介質(2)的厚度d1大于第二激光介質(5)的厚度d2，即d1＞d2。
3．根據權利要求1所述的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，其特征在于所說的置于激光諧振腔(8)外的第一泵浦源(11)的泵浦功率W1大于第二泵浦源(7)的泵浦功率W2，即W1＞W2。
4．根據權利要求1或3所述的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，其特征在于所說的第一泵浦源(11)是大功率W1的準連續輸出光的半導體激光器，或者是大功率W1的連續輸出光的半導體激光器；第二泵浦源(7)是小功率W2的連續輸出光的半導體激光器。
5．根據權利要求1所述的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，其特征在于所說的偏振元件(4)是偏振棱鏡，或者是偏振片。
6．根據權利要求1所述的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，其特征在于所說的電光Q調制器(3)是由鈮酸鋰晶體構成，或者是由鉭酸磷鉀晶體構成，或者是由磷酸鈦氧鉀晶體構成。
7．根據權利要求1所述的輸出單頻脈沖的全固化固體激光器，其特征在于所說的基片(9)是白寶石晶體片，或者是釔鋁石榴石晶體片。
專利摘要一種輸出單頻脈沖的全固化固體激光器,包括由兩塊中心軸線相互垂直的腔鏡構成的激光諧振腔。在激光諧振腔內置有兩塊波長相同厚度不相等的激光介質,兩激光介質之間有電光Q調制器和偏振元件。在激光諧振腔外相對兩塊激光介質有兩個泵浦功率不相等的半導體激光器作為泵浦源。激光器包含的全部元件均以固化膠集成在一基片上。具有體積小、調整方便、 頻率穩定、光束質量好的特點。適用雷達、全息術、精密測量等多種學科領域。
文檔編號H01S3/00GK2433753SQ0021748
公開日2001年6月6日 申請日期2000年4月29日 優先權日2000年4月29日
發明者李小莉, 胡企銓, 陸雨田 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所