專利名稱：級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光器技術領域，涉及鎖模激光器，具體為一種級聯(lián)超晶格鎖模激光 器的構造方法。
背景技術：
全固態(tài)皮秒激光器在非線性頻率變換、工業(yè)加工、光譜學、醫(yī)療診斷等領域都有廣 泛的應用，并且可以為再生放大器提供優(yōu)秀的皮秒種子源[1]。例如，在微加工領域，相對于 納秒激光器有更小的熱燒蝕，可以用于精細加工；在非線性頻率變換領域，相對于半導體泵 浦的全固態(tài)調Q納秒激光器，在相同的平均功率下，可以提供更大的峰值功率，獲得高的非 線性轉換效率。例如，利用非線性晶體鎖模的固體激光器，通過腔內或腔外的倍頻、和頻技 術，更易于獲得紅綠藍三基色輸出，作為激光顯示的光源[2]等等。實現(xiàn)皮秒鎖模激光的方 法有克爾透鏡鎖模、附加脈沖鎖模、半導體可飽和吸收體鎖模和級聯(lián)二階非線性鎖模等。克 爾透鏡鎖模是利用激光介質的非線性三階克爾效應引起的自聚焦與腔內光闌的相互作用 實現(xiàn)鎖模，由于克爾透鏡效應引入的非線性損耗太小，一般不能應用于低峰值功率運轉的 固體激光器中，并且不能自啟動；附加脈沖鎖模激光器可以得到較短脈沖，但必須依靠反饋 電路對腔長精準控制，結構復雜；飽和吸收體鎖模自1992年發(fā)明以來，由于結構簡單、性能 穩(wěn)定得到廣泛的應用，但飽和吸收體材料的生長需要復雜的半導體工藝，且抗損傷閾值低， 吸收體帶寬與工作波長也受到半導體材料和結構的制約；級聯(lián)二階非線性鎖模使用非線性 晶體，適用的波長范圍廣，時間響應快，能獲得較短脈沖，不需要精確的腔長控制，且抗損傷 閾值高。自級聯(lián)二階非線性鎖模提出，發(fā)展狀況如下1995 年，G. Cerullo，V. Magni 等人[3]在 Optics Letters 上發(fā)表了 "Self-starting modelocking of a cw Nd:YAG laser using cascaded second-order nonlinearities”，作者首次采用鈦寶石激光器泵浦IOmm長的Nd: YAG棒，使用15mm長的非 臨界位相匹配的LBO作倍頻晶體，得到平均功率0. 5W的鎖模脈沖輸出，脈寬14皮秒，重復 頻率 71. 5MHz。1998 年，V. Magni 等人在 Optics commutications 上發(fā)表了 "NchYVO4 laser modelocked by cascading of second order nonlinearities，，，作者首次米用 II 類匹配 KTP晶體[4]，配合鈦寶石激光器泵浦NchYVO4系統(tǒng)，得到脈寬6. 8皮秒鎖模脈沖輸出。2005 ^Ξ, S. J. Holmgren, V. Pasiskevicius ^Λ Optics Express
"Generationof 2.8 ps pulses by mode-locking a Nd:GdVO4 laser with defocusing cascaded Kerr lensingin periodically poled KTP，，，作者采用 808nm半導體激光器泵浦 NdiGdVO40用2. 3mm長的PPKTP作倍頻晶體，得到平均功率350mW的連續(xù)鎖模脈沖輸出，線 寬0. 6nm,重復頻率200MHz，脈寬2. 8皮秒[5]。2010 年，Hristo Iliev 等人在 Optics Express 上發(fā)表了"Passive mode-locking of adiode-pumped Nd: YVO4 laser by intracavity SHG in PPKTP，，、Optics Letters 上 發(fā)表了“High-power picosecond Nd:GdVO4 laser mode locked by SHG in periodicallypoledstoichiometric lithium tantalite”兩篇文章分別采用 PPKTP，PPMgSLT 為非線性 晶體[6，7]，得到最高功率5W的鎖模脈沖輸出，光光轉換效率為21. 5%。級聯(lián)二階非線性鎖模發(fā)展至今，無論使用雙折射位相匹配材料或準位相匹配材料 作為非線性晶體，都是使非線性晶體工作在相位失配點，由級聯(lián)二階非線性效應產(chǎn)生非線 性相移，通過改變波矢失配Ak的正負來改變非線性相移的符號，非線性相移為正對應自 聚焦效應，非線性相移為負對應自散焦效應。非線性相移為負時，配合腔內光闌(軟或硬 光闌)，使光闌處的光斑半徑隨腔內功率的增大而減小，類似于克爾透鏡，實現(xiàn)鎖模運轉。 由于非線性晶體工作在相位失配狀態(tài)，引入的非線性相移偏小，調制深度不足，使得鎖模激 光輸出在通常狀態(tài)下不能自啟動與維持，因此激光器都工作在輸出功率隨泵浦功的增大而 減小的穩(wěn)區(qū)邊緣，穩(wěn)定工作的區(qū)域變小，直接影響了光斑質量、輸出功率以及穩(wěn)定性。像 S. J. Holmgren等人提到鎖模發(fā)生時，光斑在遠場可以看到明顯的衍射環(huán)，輸出功率急劇下 降，光光轉換效率偏低，很難得到大功率、高光束質量的鎖模輸出[5]。1. D. Burns, G. J. Valentine, W. Lubeigt, Ε. Bente, and Α. I. Ferguson, [J]· Proceedings of SPIE4629,129(2002).2. Brunner Felix, Innerhofer Edith ； , Marchese Sergio V, Siidmeyer Thomas, PaschottaRiidiger, Usami Takeshi, Ito Hiromasa, Kurimura Sunao, Kitamura Kenji, ArishoImGunnar, and Keller Ursula, Optics Letters 29,1921 (2004).3. G. Cerullo, S. De Silvestri, A. Monguzzi, D. Segala, and V. Magni, Optics Letters 20,746(1995).4. V. Magni, and M. Zavelani-Rossi, Optics Communications 152,45 (1998).5. S. J. Holmgren, V. Pasiskevicius, and F. Laure 11, Opt. Express 13, 5270(2005).6. Hristo Iliev, Danail Chuchmishev,Ivan Buchvarov, and Valentin Petrov, Opt.Expressl8,5754(2010).7. Hristo Iliev, Ivan Buchvarov, Sunao Kurimura, and Valentin Petrov, Optics Letters 35,1016(2010).

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的問題是工作在相位失配狀態(tài)下的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器對 腔的要求高，輸出光斑質量差，光光轉換效率較低，且鎖模的穩(wěn)區(qū)較小。本發(fā)明的目的在于 提出一種基于在完全相位匹配條件下，利用級聯(lián)結構的光學超晶格作為非線性晶體，提高 鎖模激光器的輸出光束質量和穩(wěn)定性的方案。本發(fā)明的技術方案為級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，鎖模激光器包括泵浦 光源、諧振腔、控溫爐和級聯(lián)的光學超晶格，級聯(lián)的光學超晶格作為非線性晶體，利用兩段 或多段疇結構級聯(lián)光學超晶格中的級聯(lián)二階非線性效應，產(chǎn)生等效的三階非線性效應，實 現(xiàn)非線性過程，對基波光的空間相位進行調制，其中級聯(lián)的光學超晶格每段的周期一致，各 段之間的間隔相同，通過控溫爐控制光學超晶格的溫度，使非線性晶體工作在相位匹配點； 調整諧振腔，使激光晶體處基模的光斑半徑大于泵浦的光斑半徑，非線性晶體處的光斑半 徑為50-100um，使光強為MW/cm2的量級，達到非線性頻率轉換的要求；設置激光器諧振腔內的光闌位置，使光闌處的光斑半徑隨泵浦功率的增大而減少，光闌實現(xiàn)非線性損耗調制， 空間相位調制轉化為強度調制，實現(xiàn)鎖模激光輸出。兩段級聯(lián)的光學超晶格結構的非線性過程由倍頻過程擴展為和頻、差頻和參量過 程。通過對兩段間隔的控制實現(xiàn)對三波之間相對相位的控制，從而控制能量流動的方向，實 現(xiàn)對基波非線性相移的調制，實現(xiàn)基波與剩余參量光的鎖模輸出，鎖模激光器的波長得到 擴展。諧振腔采用四鏡折疊腔結構，由兩個平鏡、兩個凹鏡組成，輸出和輸入腔鏡為平 鏡，兩折疊鏡為凹鏡；控溫爐的控制精度為0. rc。級聯(lián)的光學超晶格置于控溫爐中，由控溫爐控溫，級聯(lián)的光學超晶格和控溫爐 均位于諧振腔內，光學超晶格包括準周期、非周期、雙周期和周期，基質材料包括同成分 LiTa03、同成分LiNbO3、化學計量比LiTaO3、化學計量比LiNbO3、摻MgO的鈮酸鋰、摻MgO的 鉭酸鋰、磷酸鈦氧鉀晶體KTP和磷酸鈦氧銣晶體RTP，根據(jù)頻率變換的要求選用不同基質材 料及超晶格結構，實現(xiàn)所需波段的鎖模運轉。激光晶體包括光泵浦的Nd YAG、Nd YVO4、Nd GdVO4、摻鈦藍寶石、Yb YAG、Nd LMA、 Nd:YLF, Nd:YAP、Er:YAG, Er:YLF, Er = YALO3、摻Tm、Ho的晶體，或者是采用其它激勵方式的 增益介質，包括光激勵和電激勵。本發(fā)明利用兩段或多段疇結構級聯(lián)光學超晶格中的級聯(lián)二階非線性效應，二階級 聯(lián)非線性過程是接連兩次利用二階非線性相互作用，使光波能量在基波和諧波間交換，從 而導致位相特性發(fā)生變化的過程。在整個過程中，部分基頻光首先通過正過程轉換為倍頻 光，由兩段或多段的間隔調整基波與倍頻波的相對相位，使所產(chǎn)生的倍頻光再經(jīng)過逆過程 倒流回基頻光，具體物理過程可表示為X (2)( ω ；2ω, -ω) χ (2) (2 ω ；ω, ω)，其中χ⑵ 表示二階非線性極化率，ω為基波光頻率，2 ω為倍頻光頻率，此時基頻光將感應到非線性 相移，相當于一個頻率簡并的Χ(3)(ω ；ω，ω，-ω)，三階非線性過程，產(chǎn)生等效的三階非線 性效應，χ 表示三階非線性極化率。對基波光的空間相位進行調制，通過合適的諧振腔設 計，使激光晶體處基模的光斑半徑大于與泵浦的光斑半徑，非線性晶體處的光斑盡量小，半 徑約為50-100um，使光強為MW/cm2的量級，以達到非線性頻率轉換的要求。由圖4可知，晶 體工作在溫度匹配點時，非線性相移為負值，對應于自散焦效應，配合合適位置的光闌，使 光闌處的光斑半徑隨泵浦功率的增大而減少，光闌就可以實現(xiàn)非線性損耗調制，那么空間 的相位調制轉化為強度調制，實現(xiàn)鎖模激光輸出。上述諧振腔、光闌的設計和調整，在所述條件之下，本領域技術人員均能根據(jù)本領 域的公知技術自行調整實現(xiàn)，不再詳述。本發(fā)明可以根據(jù)頻率變換的要求選用不同基質材料及超晶格結構，實現(xiàn)所需波段 的鎖模運轉。以實現(xiàn)1064nm鎖模為例，選用摻MgO的鈮酸鋰，匹配溫度41. 6度，若使用兩段 周期結構級聯(lián)的光學超晶格，第一段結構周期為6. 777um，用于實現(xiàn)1064nm倍頻至532nm， 第二段結構的周期為6. 777um,實現(xiàn)532nm回轉化至1064nm，兩段級聯(lián)結構的間隔a可以為 周期的1/4、1/6、1/3等等，間隔的大小決定了兩個級聯(lián)非線性過程的相對相位，直接影響 產(chǎn)生非線性相移的大小。光學超晶格也可以為扇形或啁啾等結構，調整入射光線的位置，扇形超晶格可以 連續(xù)調整周期的大小，使倍頻的溫度匹配點得到調諧，用于擴展倍頻的溫度帶寬，提升激光器運轉的穩(wěn)定性。選用摻MgO的鈮酸鋰、摻MgO的鉭酸鋰等可以在室溫下工作的晶體，甚至 可以不使用控溫爐，只調節(jié)入射光的位置，得到鎖模脈沖序列輸出。相比于傳統(tǒng)的相位失配(波矢失配Ak興0)的級聯(lián)二階非線性鎖模，本發(fā)明利用 級聯(lián)結構的光學超晶格，通過控溫爐控制溫度，使兩段或多段級聯(lián)的超晶格各段的倍頻和 回轉化過程都完全相位匹配(波矢失配Ak = 0)，可以引入更大的非線性相移。在平面波 近似和慢變振幅近似下，由倍頻過程的三波耦合波方程，理論計算結果如圖4表明，在計算 中，級聯(lián)結構的光學超晶格工作在相位匹配點，傳統(tǒng)結構的按照文獻報道，選擇工作在相位 失陪點，本發(fā)明方法引入的非線性相移可以比傳統(tǒng)方法高一個量級，相應的非線性折射率 系數(shù)也高一個量級，同等條件下，可以獲得更大的非線性損耗系數(shù)，從而可以支持得到較大 穩(wěn)區(qū)范圍的鎖模運轉，實現(xiàn)鎖模激光的自啟動，光斑質量，穩(wěn)定性與光光轉換效率都得到提 尚ο


圖1為本發(fā)明方法構造的鎖模激光器結構示意圖。圖2為本發(fā)明兩段級聯(lián)結構的級聯(lián)超晶格示意圖。圖3為本發(fā)明多段級聯(lián)結構的級聯(lián)超晶格示意圖。圖4為本發(fā)明級聯(lián)結構(波矢失配Ak = 0時)與傳統(tǒng)結構(波矢失配AkfO 時)非線性相移對比圖。
具體實施例方式如圖1，為本發(fā)明方法構造的鎖模激光器結構示意圖，以實現(xiàn)1064nm鎖模為例，圖 中包括諧振腔前腔鏡1，對諧振波長1064nm高反，對808nm高透，為激光器的輸入鏡；諧振 腔后腔鏡7，對諧振波長1064nm部分透射，為激光器的輸出鏡；激光晶體2，產(chǎn)生1064nm波 長的激光介質；第一腔鏡3，對諧振波長1064nm激光高反；第二腔鏡4，對諧振波長1064nm 激光高反；諧振腔采用四鏡折疊腔結構，由兩個平鏡、兩個凹鏡組成，諧振腔前腔鏡1和諧 振腔后腔鏡7為平鏡，第一腔鏡3和第二腔鏡4為凹鏡；級聯(lián)結構的光學超晶格5，級聯(lián)的 光學超晶格5作為非線性晶體，利用兩段或多段疇結構級聯(lián)光學超晶格中的級聯(lián)二階非線 性效應，產(chǎn)生等效的三階非線性效應，實現(xiàn)非線性過程，對基波光的空間相位進行調制，其 中級聯(lián)的光學超晶格每段的周期一致，各段之間的間隔相同，通過控溫爐6控制光學超晶 格的溫度，使非線性晶體工作在相位匹配點，級聯(lián)的光學超晶格5和控溫爐6均位于諧振腔 內，控溫爐6的控制精度為0. 1°C。；調整諧振腔，即諧振腔前腔鏡1和諧振腔后腔鏡7的位 置，使激光晶體2處基模的光斑半徑略大于泵浦的光斑半徑，非線性晶體處的光斑盡量小， 以達到非線性頻率轉換的要求；設置激光器諧振腔內的光闌8的位置，使光闌處的光斑半 徑隨泵浦功率的增大而減少，光闌實現(xiàn)非線性損耗調制，空間相位調制轉化為強度調制，實 現(xiàn)鎖模激光輸出。本發(fā)明涉及到激光器，使用的激光晶體可以是使用光泵浦的Nd:YAG、NdiYVO4, Nd GdVO4、摻鈦藍寶石、Yb YAG、Nd LMA、Nd YLF、Nd YAP、Er YAG、Er YLF、Er YALO3、摻 Tm、 Ho的晶體等，或者是采用其它激勵方式的增益介質，包括是光激勵和電激勵等。本發(fā)明使用光學超晶格材料的基質材料，包括同成分LiTaO3 (CLT)、同成分
6LiNbO3(CLN)、化學計量比LiTaO3(SLT)、化學計量比LiNbO3(SLN)，摻MgO的鈮酸鋰、摻MgO 的鉭酸鋰、KTP、RTP等非線性光學晶體。其中，SLT、SLN晶體相對CLT、CLN晶體具有更高 的抗光損傷閾值；摻MgO的鈮酸鋰、摻MgO的鉭酸鋰晶體能夠工作在室溫下，且無光折變效 應。根據(jù)不同晶體材料的折射率色散關系以及不同的激光晶體的發(fā)射波長可以計算出特定 光學超晶格的結構參數(shù)，從而實現(xiàn)高效穩(wěn)定激光輸出。本發(fā)明涉及的兩段級聯(lián)的光學超晶格，第一段疇結構用于將諧振激光的波長倍 頻，而第二段疇結構用過將倍頻光回轉化到諧振激光的波長，兩個級聯(lián)非線性過程的相對 相位由兩段結構之間的間隔決定。每一段疇結構可以使用不同的序列，包括周期、準周期、 雙周期、非周期、扇形或啁啾等。單段疇為扇形結構或者啁啾結構，用于拓展倍頻過程的溫 度帶寬，實現(xiàn)穩(wěn)定的鎖模輸出。兩端級聯(lián)的光學超晶格結構實現(xiàn)的非線性過程也可從倍頻過程推廣到和頻、參量 過程。通過對兩段間隔的控制實現(xiàn)對三波之間相對相位的控制，從而控制能量流動的方向， 實現(xiàn)對基波非線性相移的調制，實現(xiàn)基波與剩余參量光的鎖模輸出，鎖模激光器的波長得 到擴展。兩段級聯(lián)的光學超晶格結構也可推廣到多段級聯(lián)的結構，如圖3，多段級聯(lián)結構是 兩段結構的擴展，每段結構可以只包含十幾個或幾十個周期，而兩段結構中，每段結構包含 幾百甚至上千個周期，各段之間的間隔相同，為1/4、1/6、1/3周期等等。每段使倍頻和回轉 化過程交替進行，多個級聯(lián)非線性過程間的相對相位各段結構之間的間隔決定，用于對非 線性相移的優(yōu)化。本發(fā)明可以參照下面所述的方式實現(xiàn)本發(fā)明提供的級聯(lián)二階非線性連續(xù)鎖模全固態(tài)激光器，使用的光學元件與材料 有用于側面或端面泵浦的二極管激光器，對1064nm全反的諧振腔前腔鏡1，激光增益晶體 2為Nd: YVO4,對諧振波長1064nm高反的腔鏡3、4，選擇不同的參數(shù)，使激光在激光晶體2處 光斑大小與腔膜匹配、級聯(lián)非線性晶體5處的光斑大小達到非線性轉換的要求，用于控制 非線性晶體溫度的控溫爐6，諧振腔的后腔鏡7作為輸出鏡，對1064nm有一定的透過率。激 光晶體發(fā)射的1064nm激光在1、7之間諧振，激光經(jīng)過非線性晶體5時，在前一段結構中產(chǎn) 生532nm的倍頻光，經(jīng)過間隔a的相位調制，在通過后一段結構時，倍頻光532nm回轉化到 1064nm,使諧振的1064nm激光產(chǎn)生非線性相移，配合腔內硬光闌8或軟光闌，泵浦光束在激 光晶體2處形成的增益光闌，使非線性相位調制轉化為非線性幅度調制，實現(xiàn)1064nm的鎖 模運轉。實施例1 按照圖1制作一臺1064nm級聯(lián)超晶格實現(xiàn)的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器。用于 端面泵浦的二極管激光器，輸出波長808nm，對1064nm全反、808nm高透的諧振腔前腔鏡1， 激光增益晶體2為Nd: YVO4,對諧振波長1064nm高反的第一腔鏡3、第二腔鏡4，選擇合適的 腔型，使激光在激光晶體2處光斑大小與腔膜匹配、級聯(lián)的光學超晶格5處的光斑大小達到 非線性轉換的要求，用于控制非線性晶體溫度的控溫爐6，諧振腔的后腔鏡7作為輸出鏡， 對1064nm有一定的透過率。激光晶體發(fā)射的1064nm激光在1、7之間諧振，通過非線性晶 體的作用，實現(xiàn)1064nm的鎖模運轉，由諧振腔的后腔鏡7輸出。腔長決定鎖模脈沖序列的 重復頻率，可根據(jù)具體需要選擇腔長。
實施例2 按照圖1制作一臺1064nm級聯(lián)超晶格實現(xiàn)的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器。用于 側面泵浦的二極管激光器，輸出波長808nm，對1064nm全反的諧振腔前腔鏡1，激光益晶體 位2為Nd:YAG，，對諧振波長1064nm高反的腔鏡3、4，選擇不同的參數(shù)，使激光在激光晶體 2處光斑大小與腔膜匹配、級聯(lián)非線性晶體5處的光斑大小達到非線性轉換的要求，用于控 制非線性晶體溫度的控溫爐6，諧振腔的后腔鏡7作為輸出鏡，對1064nm有一定的透過率。 激光晶體發(fā)射的1064nm激光在1、7之間諧振，通過非線性晶體的作用，實現(xiàn)1064nm的鎖模 運轉，有諧振腔的后腔鏡7輸出。實施例3 按照圖1制作一臺1064nm級聯(lián)超晶格實現(xiàn)的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器。與實 例1不同的是，激光晶體2的一個端面作為輸入鏡，此端面為808nm高透、1064nm高反。得 到1064nm的鎖模輸出。實施例4 按照圖1制作一臺1342nm級聯(lián)超晶格實現(xiàn)的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器。與實 例1不同的是，諧振的波長為1342nm，諧振腔的腔鏡以及非線性晶體的周期與兩端間隔根 據(jù)1342nm設計，得到1342nm的鎖模輸出。實施例5 按照圖1制作一臺級聯(lián)超晶格實現(xiàn)的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器。與實例1、2不 同的是，使用的激光晶體2可以是Nd GdVO4、摻鈦藍寶石、Yb YAG、Nd LMA、Nd YLF、Nd YAP、 Er:YAG, Er:YLF, Er:YAL03、摻Tm、Ho的晶體等，采用的泵浦方式可以是端面泵浦或側面泵 浦，使用的二極管的輸出波長由晶體的吸收譜線而定，鎖模輸出的波長為增益晶體的發(fā)射 波長。實施例6 按照圖1制作一臺多段級聯(lián)超晶格實現(xiàn)的級聯(lián)二階非線性鎖模激光器。與實例1、 2、3、4、5不同的是，使用的非線性晶體5不是兩段級聯(lián)的超晶格，而是多段級聯(lián)的結構，可 根據(jù)激光晶體，選擇不同的諧振波長，設計超晶格的周期與各段的間隔。得到鎖模輸出。
權利要求
級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是鎖模激光器包括泵浦光源、諧振腔、控溫爐和級聯(lián)的光學超晶格，級聯(lián)的光學超晶格作為非線性晶體，利用兩段或多段疇結構級聯(lián)光學超晶格中的級聯(lián)二階非線性效應，產(chǎn)生等效的三階非線性效應，實現(xiàn)非線性過程，對基波光的空間相位進行調制，其中級聯(lián)的光學超晶格每段的周期一致，各段之間的間隔相同，通過控溫爐控制光學超晶格的溫度，使非線性晶體工作在相位匹配點；調整諧振腔，使激光晶體處基模的光斑半徑大于泵浦的光斑半徑，非線性晶體處的光斑半徑為50 100um，使光強為MW/cm2的量級，達到非線性頻率轉換的要求；設置激光器諧振腔內的光闌位置，使光闌處的光斑半徑隨泵浦功率的增大而減少，光闌實現(xiàn)非線性損耗調制，空間相位調制轉化為強度調制，實現(xiàn)鎖模激光輸出。
2.根據(jù)權利要求1所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是級聯(lián)的光學超 晶格結構中，單段疇為扇形結構或者啁啾結構，用于拓展倍頻過程的溫度帶寬，實現(xiàn)穩(wěn)定的 鎖模輸出。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是兩段級聯(lián) 的光學超晶格結構的非線性過程由倍頻過程擴展為和頻、差頻和參量過程。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是諧振腔采 用四鏡折疊腔結構，由兩個平鏡、兩個凹鏡組成，輸出和輸入腔鏡為平鏡，兩折疊鏡為凹鏡； 控溫爐的控制精度為0. 1°C。
5.根據(jù)權利要求3所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是諧振腔采用四 鏡折疊腔結構，由兩個平鏡、兩個凹鏡組成，輸出和輸入腔鏡為平鏡，兩折疊鏡為凹鏡；控溫 爐的控制精度為0. rc。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是級聯(lián)的光 學超晶格置于控溫爐中，由控溫爐控溫，級聯(lián)的光學超晶格和控溫爐均位于諧振腔內，光學 超晶格包括準周期、非周期、雙周期和周期，基質材料包括同成分LiTaO3、同成分LiNbO3、化 學計量比LiTaO3、化學計量比LiNbO3、摻MgO的鈮酸鋰、摻MgO的鉭酸鋰、磷酸鈦氧鉀晶體 KTP和磷酸鈦氧銣晶體RTP，根據(jù)頻率變換的要求選用不同基質材料及超晶格結構，實現(xiàn)所 需波段的鎖模運轉。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是激光晶體 包括光泵浦的 Nd:YAG、NdiYVO4, Nd:GdVO4、摻鈦藍寶石、Yb:YAG Nd:LMA, Nd:YLF, Nd:YAP, Er YAG、Er YLF、Er YAL03、摻Tm、Ho的晶體，或者是采用其它激勵方式的增益介質，包括光 激勵和電激勵。
8.根據(jù)權利要求1所述的級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，其特征是實現(xiàn)1064nm 鎖模激光輸出時，選用摻MgO的鈮酸鋰，匹配溫度41. 6度，使用兩段周期結構級聯(lián)的光學 超晶格，第一段結構周期為6. 777um，用于實現(xiàn)1064nm倍頻至532nm，第二段結構的周期為 6. 777um，實現(xiàn)532nm回轉化至1064nm，兩段級聯(lián)結構的間隔a的大小決定兩個級聯(lián)非線性 過程的相對相位，直接影響產(chǎn)生非線性相移的大小。
全文摘要
級聯(lián)超晶格鎖模激光器的構造方法，級聯(lián)的光學超晶格作為非線性晶體，利用兩段或多段疇結構級聯(lián)光學超晶格中的級聯(lián)二階非線性效應，產(chǎn)生等效的三階非線性效應，通過控溫爐控制光學超晶格的溫度，使非線性晶體工作在相位匹配點；調整諧振腔，達到非線性頻率轉換的要求；設置激光器諧振腔內的光闌位置，使光闌處的光斑半徑隨泵浦功率的增大而減少，光闌實現(xiàn)非線性損耗調制，空間相位調制轉化為強度調制，實現(xiàn)鎖模激光輸出。本發(fā)明可以獲得更大的非線性損耗系數(shù)，從而可以支持得到較大穩(wěn)區(qū)范圍的鎖模運轉，實現(xiàn)鎖模激光的自啟動，光斑質量，穩(wěn)定性與光光轉換效率都得到提高。
文檔編號H01S5/34GK101938086SQ20101026262
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權日2010年8月25日
發(fā)明者劉艷花, 呂新杰, 潘淑娣, 祝世寧, 胡小鵬, 謝臻達, 趙剛 申請人:南京大學