專利名稱：電致變折射率晶體可調(diào)諧雙頻激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于固體激光技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變折射率晶體可調(diào)諧雙頻激光器，具體涉及一種腔內(nèi)設(shè)置電致變折射率晶體，通過對變折射率晶體施加電壓，改變e光在晶體中的折射率，使得激光通過晶體時(shí)，ο光與e光產(chǎn)生光程差，實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出。通過調(diào)節(jié)晶體電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光的輸出。
背景技術(shù)：
目前的雙頻激光器主要分為雙頻He-Ne激光器，雙頻Nd: YAG激光器和雙頻半導(dǎo)體激光器。最早由W. Holzapfel發(fā)現(xiàn)由應(yīng)力雙折射效應(yīng)可以產(chǎn)生激光頻率的分裂,通過應(yīng)力雙折射效應(yīng)產(chǎn)生了可調(diào)諧He-Ne激光器，在單頻激光諧振腔內(nèi)放置應(yīng)力雙折射元件，對其施加橫向作用力，產(chǎn)生應(yīng)力雙折射，原來的單頻激光分裂為偏振方向正交的線偏振光，從而獲得雙頻激光輸出，應(yīng)力雙折射雙頻激光器的特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)頻差的可連續(xù)調(diào)諧，但是，對外部加載裝置的設(shè)計(jì)合理性及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有較高的要求。在實(shí)驗(yàn)中，一般采用螺紋調(diào)諧加載應(yīng)力，但是，采用這種方法容易導(dǎo)致激光增益管頸部被折斷，且不能精細(xì)的調(diào)諧頻差。由于Ne的光譜線寬比較小，基于頻率分裂原理，He-Ne雙頻激光器的最大頻差不超過1GHz，Nd:YAG激光器的增益帶寬比較大，針對Nd:YAG雙頻激光器，主要有空間分離型大頻差可調(diào)諧雙頻Nd = YAG激光器，石英晶體雙折射雙頻Nd = YAG激光器，應(yīng)力雙折射雙頻Nd:YAG激光器。法國Rennes大學(xué)F. Bretenakerr等采用兩束相距約為Imm的正交線偏振欽寶石激光縱向抽運(yùn)Nd:YAG晶體，激光晶體兩側(cè)各有一只四分之一波片以消除空間燒孔效應(yīng)，通過改變兩波片快軸(或慢軸)之間的夾角，并輔以融石英法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具調(diào)諧角度，頻差可達(dá)26GHz。但是，該雙頻激光振蕩輸出，腔內(nèi)元件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頻差調(diào)諧過程繁瑣。對于石英晶體雙折射Nd:YAG激光器，在激光二極管(LD)泵浦Nd:YAG激光器諧振腔內(nèi)，插入一只集縱模選擇和縱模分裂于一體的多功能光學(xué)兀件一石英晶體雙折射法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具，可獲得頻差約為GHz的1064nm正交線偏振雙縱模激光束同時(shí)振蕩輸出。該方案的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，頻差大。但是對石英晶體雙折射法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具的設(shè)計(jì)、力口工和調(diào)整要求較高，并且頻差不能連續(xù)調(diào)諧。對于應(yīng)力雙折射雙頻Nd = YAG激光器，在駐波腔單縱模Nd = YAG激光腔內(nèi)造成應(yīng)力雙折射，使激光縱模產(chǎn)生分裂，獲得正交線偏振雙頻激光輸出，頻差大小隨外部所加壓力的改變而變化。該方案的優(yōu)點(diǎn)是頻差大，并且可以連續(xù)調(diào)諧，但是頻差的穩(wěn)定性不夠高，不能獲得大功率雙頻激光輸出。對于雙頻半導(dǎo)體激光器，
S.Pajarola等使用脊型波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的InGaAsP/InP芯片作為激光器，利用偏振分光鏡將TE模與TM模分離，達(dá)到各自的光柵反饋回來，分別形成不同的兩個(gè)諧振腔，不同的腔長就會導(dǎo)致不同的諧振頻率。但是，該種外腔式結(jié)構(gòu)的激光器加劇了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性和不穩(wěn)定性。2000年，美國IIioist大學(xué)的A. Hsu等采用具有惆啾光柵和雙調(diào)制器的分布反饋式雙縱模雙頻半導(dǎo)體激光器，實(shí)現(xiàn)激光器雙頻運(yùn)轉(zhuǎn)，獲得頻差分別為63GHz和175GHz的雙縱模雙頻激光。該方案的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得幾十GHz，乃至上百GHz的超大頻差雙頻激光，而且頻差可調(diào)諧(但不能連續(xù)調(diào)諧)，通過增大光柵的惆啾量及改變光柵的禍合系數(shù)，還可進(jìn)一步擴(kuò)大頻差調(diào)諧范圍。但是缺點(diǎn)是，由空間燒孔效應(yīng)增加了模競爭和禍合腔反饋，隨著激光器偏置電流的增大，引起兩個(gè)縱模輸出功率的波動。雙頻激光技術(shù)是指在一個(gè)激光諧振腔中同時(shí)產(chǎn)生兩個(gè)不同頻率的激光，基本思想是利用技術(shù)手段微小改變激光腔中光學(xué)諧振腔長，微小變化的腔長對應(yīng)微小變化的激光頻率，實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出。應(yīng)力改變頻差的原理為Λ u = 8 υ λ F/L Ji Df。，其中，L為諧振腔腔長，D為光學(xué)元件的直徑，fo為光學(xué)材料的條紋值，F(xiàn)為外力，λ為激光波長，通過改變外力F，就可實(shí)現(xiàn)頻差的調(diào)節(jié)。光程改變頻差的原理為Λ υ = υ δ/L，其中δ為兩束激光的光程差，δ =(Ii1-Ii2)I, II1和為變折射率晶體的兩個(gè)折射率，I為變折射率晶體的厚度，U為激光器的中 心頻率，L為激光器諧振腔長。通過改變叫和巧之間的距離，可以實(shí)現(xiàn)Λ υ的連續(xù)調(diào)諧。t匕如，現(xiàn)在通過實(shí)現(xiàn)兩互相正交的線偏振光，即η。和\，根據(jù)公式δ = (ne-rOl，形成光程差，帶入頻差公式Λ u = u δ/L，即可以得到頻差Λ U。雙頻激光器被廣泛應(yīng)用于激光干涉儀、位移、角度和準(zhǔn)直等多種精密測量系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光輸出的新型結(jié)構(gòu)，解決了現(xiàn)有的雙頻激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作繁瑣的問題，為絕對距離干涉測量和速度測量系統(tǒng)提供了理想的光源。本發(fā)明的技術(shù)方案是，抽運(yùn)源LD通過光纖和聚焦耦合鏡組將抽運(yùn)光聚焦，注入NdiYAG晶體中，NdiYAG晶體的左端面鍍808nm高透膜和1064nm高反膜，Nd:YAG晶體的左端面與輸出鏡構(gòu)成激光諧振腔，其特征在于，在激光諧振腔內(nèi)，NdiYAG晶體的后面設(shè)置F-P標(biāo)準(zhǔn)具，實(shí)現(xiàn)單縱模激光輸出，在F-P標(biāo)準(zhǔn)具后面設(shè)置變折射率LN晶體，通過調(diào)節(jié)LN晶體的電壓，改變e光在LN晶體的折射率，使得LN晶體內(nèi)，ο光與e光產(chǎn)生光程差，實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出。通過調(diào)節(jié)LN晶體電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光的輸出。本發(fā)明的特點(diǎn)在于隨著電致變折射率晶體電壓的改變，e光的折射率也發(fā)生改變；激光通過變折射率晶體，ο光與e光產(chǎn)生δ = (ne-n。) I的光程差，實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出；調(diào)節(jié)變折射率晶體的電壓，e光的折射率改變幅度不同，使得ο光與e光產(chǎn)生的光程差不同，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光的輸出。本發(fā)明的目的在于針對已有的雙頻激光器所采用結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，整機(jī)成本較高，提供一種結(jié)構(gòu)相對簡單、整機(jī)成本較低、性能較好的新型電致變折射率晶體可調(diào)諧雙頻激光器。本發(fā)明設(shè)有1064nm 激光光路1064nm膜系全反鏡；抽運(yùn)源LD;耦合光纖；聚焦透鏡組位于耦合光纖與NchYAG晶體之間；
Nd:YAG 晶體；F-P標(biāo)準(zhǔn)具位于Nd:YAG晶體與電致變折射率晶體之間； 電致變折射率晶體位于F-P標(biāo)準(zhǔn)具與輸出鏡之間；1064nm 輸出鏡；LD控制電源；變折射率晶體電壓控制電源；在激光器設(shè)計(jì)過程中，本發(fā)明采用標(biāo)準(zhǔn)具來實(shí)現(xiàn)基膜輸出，鍍有T > 85%的1064nm增透膜，其成本較低、可行性較高。此外，本發(fā)明選用電致變折射率晶體，加電壓改變 變折射晶體內(nèi)e光的折射率，使得ο光與e光產(chǎn)生光程差，實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出，通過調(diào)節(jié)晶體電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光的輸出。使得結(jié)構(gòu)更為簡單，成本相對降低。本發(fā)明的突出效果將在具體實(shí)施方式
中加以進(jìn)一步的說明。


圖I是本發(fā)明變折射率晶體雙頻激光器原理圖。圖I中，I.抽運(yùn)源LD，2.耦合光纖，3.聚焦透鏡組，4. Nd: YAG晶體，5. F-P標(biāo)準(zhǔn)具，
6.變折射率晶體，7.輸出境，8. LD控制電源，9.變折射率晶體電壓控制電源。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。由于雙頻激光器首先要求的是單縱模振蕩，但是由于其他模式的競爭和空間燒孔效應(yīng)的存在，激光器通常工作在多縱模狀態(tài)，因此，在研究變折射率晶體雙頻激光器時(shí)，必須通過選模技術(shù)使激光器工作在單縱模狀態(tài)，在眾多的選模技術(shù)中，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)小，使用簡單，容易實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，本發(fā)明采用F-P標(biāo)準(zhǔn)具實(shí)現(xiàn)單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅使得發(fā)明達(dá)到單縱模運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足實(shí)現(xiàn)雙頻的要求，同時(shí)，也使得發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡單，體積小，操作方便。本發(fā)明采用腔內(nèi)設(shè)置變折射率晶體，以LN晶體為例，描述實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出的過程。LN晶體屬于三方晶體系3m點(diǎn)群，其自然光軸沿X3方向，采用外電場沿X2方向，將電光系數(shù)y12、y22> Y42作為已知參量，代入畸變折射率橢球公式=1 'j n,j k
I, Ixl得到(可-/22五2)X1+(~ + ^22^2)X2 +^ + 2^51^2^2^ n0 nane采取線偏振光沿x3方向，利用xjP X2方向的折射率差得到·Λη =-Ay22E1。另外，Δη = ne(E)-n0,即義(￡) = \(1 -</22￡2)，可以得到，e光在LN晶體中的折射率隨施加電壓E的改變曲線。施加于X2方向的電壓不同，e光的折射率不同，使得Λη發(fā)生改變。利用光程差公式δ = Λ nl，I為變折射率LN晶體的厚度，計(jì)算出激光通過變折射率LN晶體后產(chǎn)生的光程差。然后通過雙頻計(jì)算公式Λ u = u δ/L，計(jì)算得到輸出激光的頻差Λ υ，其中υ為激光器的中心頻率，L為激光器諧振腔長。
本發(fā)明腔內(nèi)通過電源控制的電致變折射率晶體，通過對變折射率晶體施加電壓，改變e光在晶體中的折射率，使得激光通過晶體時(shí)，ο光與e光產(chǎn)生光程差，實(shí)現(xiàn)雙頻激光輸出。通過調(diào)節(jié)晶體電壓，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光的輸出。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧頻差激光輸出，即通過改變電壓，改變變折射率晶體內(nèi)e光的折射率，利用義(幻=1(1-<仏盡)，利用光程差公式計(jì)算出激光通過變折射率晶體產(chǎn) 生的光程差。通過雙頻計(jì)算公式，得到輸出激光的頻差Λ υ，實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧雙頻激光的輸出。
權(quán)利要求
1.電致變折射率晶體雙頻可調(diào)諧激光器至少包括抽運(yùn)源LD(I)，LD控制電源(8)，光纖模塊(2)，聚焦耦合鏡組(3)，NdiYAG晶體(4)，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具(5)，電致變折射率晶體(6)，變折射率晶體電壓控制電源(9)，輸出鏡(7)。LD⑴通過光纖⑵和聚焦耦合鏡組(3)將抽運(yùn)光聚焦，注入Nd: YAG晶體⑷中，Nd: YAG晶體⑷的左端面鍍808nm高透膜和1064nm高反膜，Nd:YAG晶體(4)的左端面與輸出鏡(7)構(gòu)成激光諧振腔，其特征在于，在激光諧振腔內(nèi)，Nd:YAG晶體(4)的后面設(shè)置F-P標(biāo)準(zhǔn)具，實(shí)現(xiàn)單縱模激光輸出，在F-P標(biāo)準(zhǔn)具后面設(shè)置變折射率晶體出)，通過電源控制變折射率晶體出)內(nèi)e光折射率的變化，當(dāng)激光通過變折射率晶體時(shí)，O光與e光產(chǎn)生光程差，改變了激光在諧振腔中的光學(xué)腔長，獲得雙頻激光輸出。改變變折射率晶體電壓控制電源(9)的輸出電壓，改變變折射率晶體￠)內(nèi)e光的折射率變化幅度，使得激光通過變折射率晶體時(shí)，O光與e光的光程差改變，激光在諧振腔中的光學(xué)腔長改變，獲得雙頻可調(diào)諧激光輸出。
2.按照權(quán)利要求I所述的電致變折射率晶體雙頻可調(diào)諧激光器，其特征在于，e光在所述的變折射率晶體出)的折射率隨著施加電壓的改變而改變。
3.按照權(quán)利要求I所述的電致變折射率晶體雙頻可調(diào)諧激光器，其特征在于，所述的變折射率晶體電壓控制電源(9)的輸出不同電壓，對應(yīng)變折射率晶體￠)內(nèi)e光的折射率變化幅度不同，激光通過變折射率晶體時(shí)，O光與e光的光程差改變，激光在諧振腔中的光學(xué)腔長改變，獲得雙頻可調(diào)諧激光輸出。
全文摘要
本設(shè)計(jì)涉及電致變折射率晶體可調(diào)諧雙頻激光器，屬于全固態(tài)激光器技術(shù)領(lǐng)域，提出在激光諧振腔中設(shè)置電致變折射率晶體的新型可調(diào)諧雙頻激光器。其工作原理是基于變折射率晶體中e光的折射率會隨施加電場強(qiáng)度改變而改變的特性，在諧振腔內(nèi)設(shè)置電致變折射率晶體，通過改變對變折射率晶體施加電壓的大小，控制變折射率晶體內(nèi)e光的折射率大小，使得激光通過變折射率晶體時(shí)，o光與e光產(chǎn)生光程差，改變了激光在諧振腔中的光學(xué)腔長，獲得可調(diào)諧的雙頻激光輸出。本發(fā)明變折射率晶體可調(diào)諧雙頻激光器結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，易于實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧的雙頻激光輸出，可以應(yīng)用到絕對距離干涉測量和速度測量等領(lǐng)域。
文檔編號H01S3/106GK102709800SQ201210046098
公開日2012年10月3日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者于永吉, 吳春婷, 王超, 范英杰, 金光勇, 陳薪羽 申請人:長春理工大學(xué)