高功率窄線寬可調(diào)諧激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明包括RBG、光柵轉(zhuǎn)臺、準(zhǔn)直器、增益介質(zhì)、輸出耦合鏡、二向色鏡、泵浦源、平面全反鏡和圓柱曲面全反鏡；RBG固定在光柵轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸上；RBG的法線與光柵轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸垂直；光柵轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱曲面全反鏡的中心軸重合；二向色鏡與水平方向呈45°角；泵浦源發(fā)射的泵浦光依次通過二向色鏡、輸出耦合鏡、增益介質(zhì)進(jìn)入準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器輸出的準(zhǔn)直光與RBG的光柵轉(zhuǎn)軸共面，并且準(zhǔn)直光的方向與光柵轉(zhuǎn)軸垂直。采用RBG作為選頻元件，搭配全反鏡組合裝置，達(dá)到高功率、窄線寬、可調(diào)諧的目的，且調(diào)諧精度高、輸出波長穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)緊湊可靠。
【專利說明】高功率窄線寬可調(diào)諧激光器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種高功率窄線寬可調(diào)諧激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]高功率窄線寬可調(diào)諧激光器主要應(yīng)用于相干并束、相干檢測、相干光通信、諧波產(chǎn)生、重力波探測等，目前已廣泛應(yīng)用于外差傳感、光譜探測、大氣監(jiān)測、光通信等領(lǐng)域。這些應(yīng)用不僅需要較高的激光功率，而且要求激光具有比較窄的光譜帶寬，較高的波長穩(wěn)定性。
[0003]高功率可調(diào)諧激光器，目前廣泛采用的腔體結(jié)構(gòu)由平面衍射光柵和高反鏡組成。平面衍射光柵作為選頻元件，常作為端反鏡，通過改變光柵法線與諧振腔軸線的夾角(入射角)實(shí)現(xiàn)激光頻率的調(diào)諧。要實(shí)現(xiàn)高功率可調(diào)諧激光器的窄線寬輸出，目前采取的方案主要有兩種:1、光柵的入射角為掠入射；2、通過加大平面光柵的尺寸，在諧振腔內(nèi)假如擴(kuò)束鏡，從而提高光柵的分辨率。進(jìn)一步壓縮帶寬的方法可以是把兩個或多個平面光柵進(jìn)行組合，利用它們反射光譜的重疊來實(shí)現(xiàn)窄線寬輸出。但這種方法無疑會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、諧振腔損耗更大(單個平面閃耀光柵的衍射效率往往只能達(dá)到飛0%)，進(jìn)一步將導(dǎo)致輸出功率下降。除此之外，多平面光柵結(jié)構(gòu)的窄線寬可調(diào)諧激光器體積較大、封裝困難，穩(wěn)定性不高。
[0004]構(gòu)建高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，體布拉格光柵替代傳統(tǒng)的平面光柵可以很好地解決系統(tǒng)體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、光柵插入損耗較大等問題，同時可提供帶寬小于0.5nm的激光輸出(Laser Phys Lett.2010(6): 450-453，Opt.Express 2008(16): 9507-9512，Opt.Lett.2008(22): 1204-1206)。作為一種新型的選頻元件，反射式體布拉格光柵(RBG)絕對衍射效率超過99% ;光柵損耗小于2.5% ;光譜選擇最低可達(dá)20pm，角度選擇最低可達(dá)100μ rad ;溫度穩(wěn)定性達(dá)400°C,在近紅外區(qū)對連續(xù)激光照射的耐受性高達(dá)每平方厘米數(shù)萬瓦。因此，反射式體布拉格光柵是一種非常理想的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器的選頻器件，最近幾年在激光系統(tǒng)中的應(yīng)用吸引了越來越多激光工作人員的關(guān)注。(作為波長選擇和光譜窄化元件，體布拉格光柵目前已被應(yīng)用于半導(dǎo)體激光器，光學(xué)參量振蕩器和固體激光器的窄線寬輸出方面)
因此，基于體布拉格光柵，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊、性能優(yōu)越的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。但是，在使用R B G進(jìn)行波長調(diào)諧的過程中發(fā)現(xiàn)，輸出光束的方向會隨著光柵轉(zhuǎn)動而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，這給實(shí)際使用帶來了新的麻煩。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的是提供一種高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，不僅能夠?qū)挿秶牟ㄩL調(diào)諧，而且輸出激光穩(wěn)定、光譜帶寬可始終小于0.5nm，整個調(diào)諧過程僅需轉(zhuǎn)動光柵轉(zhuǎn)臺即可完成。
[0006]本發(fā)明是以如下技術(shù)方 案實(shí)現(xiàn)的:一種高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，包括反射式體布拉格光柵、光柵轉(zhuǎn)臺、準(zhǔn)直器、增益介質(zhì)、輸出耦合鏡、二向色鏡、泵浦源和圓柱曲面全反鏡；所述的反射式體布拉格光柵固定在光柵轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸上；反射式體布拉格光柵的法線與光柵轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸垂直；光柵轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱曲面全反鏡的中心軸重合；二向色鏡與水平方向呈45°角；泵浦源發(fā)射的泵浦光依次通過二向色鏡、輸出耦合鏡、增益介質(zhì)進(jìn)入準(zhǔn)直器，準(zhǔn)直器輸出的準(zhǔn)直光與反射式體布拉格光柵的光柵轉(zhuǎn)軸共面，并且準(zhǔn)直光的方向與光柵轉(zhuǎn)軸垂直；反射式體布拉格光柵的光譜選擇最低可達(dá)20pm、角度選擇最低可達(dá)100 μ rad、絕對衍射效率超過99%、光柵損耗小于2.5%、同時溫度穩(wěn)定性達(dá)400°C，在近紅外區(qū)對連續(xù)激光的耐受性高達(dá)每平方厘米數(shù)萬瓦；所述的反射式體布拉格光柵、光柵轉(zhuǎn)臺和圓柱曲面全反鏡構(gòu)成激光器的光柵選頻結(jié)構(gòu)，放在激光器的內(nèi)部或外部。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
1、能夠保證在聞功率調(diào)諧運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，光譜帶覽始終小于0.5nm ；
2、在整個功率調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，具有較高的效率、輸出波長穩(wěn)定、可重復(fù)性好；
3、體積小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、抗干擾能力強(qiáng)、調(diào)諧精度高，整個調(diào)諧過程僅需對光柵轉(zhuǎn)臺進(jìn)行轉(zhuǎn)動，操作簡單便捷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]如圖1所示，一種高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，包括反射式體布拉格光柵1、光柵轉(zhuǎn)臺2、準(zhǔn)直器3、增益介質(zhì)4、輸出耦合鏡5、二向色鏡6、泵浦源7和柱曲面全反鏡8 ;所述的反射式體布拉格光柵I固定在光柵轉(zhuǎn)臺2的旋轉(zhuǎn)軸上；反射式體布拉格光柵I的法線與光柵轉(zhuǎn)臺2的旋轉(zhuǎn)軸垂直；光柵轉(zhuǎn)臺2的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱曲面全反鏡8的中心軸重合；二向色鏡6與水平方向呈45°角；泵浦源7發(fā)射的泵浦光依次通過二向色鏡6、輸出耦合鏡5、增益介質(zhì)4進(jìn)入準(zhǔn)直器3,準(zhǔn)直器3輸出的準(zhǔn)直光與反射式體布拉格光柵I的光柵轉(zhuǎn)軸共面，并且準(zhǔn)直光的方向與光柵轉(zhuǎn)軸垂直。
[0010]所述的光柵轉(zhuǎn)臺2可以由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動，或由微機(jī)電系統(tǒng)驅(qū)動。
[0011]所述的準(zhǔn)直器3為球面鏡或非球面鏡或透鏡組合。
[0012]所述的增益介質(zhì)4為固體增益介質(zhì)或氣體增益介質(zhì)或液體增益介質(zhì)或半導(dǎo)體激光器。
[0013]所述的輸出耦合鏡5是平面鏡、或者是平凹鏡、或者是柱面鏡。
[0014]所述的泵浦源7的泵浦方式是端面泵浦或側(cè)面泵浦。
[0015]所述的圓柱曲面全反鏡8為柱面反射介質(zhì)鏡或金鏡，接收反射式體布拉格光柵I選頻得到的窄線寬激光，在圖1結(jié)構(gòu)中激光被反射原路返回。
[0016]其中，反射式體布拉格光柵I在諧振腔中起濾波選頻的作用，在諧振腔中接收準(zhǔn)直器3輸出的平行入射光，反射輸出窄線寬選頻激光。準(zhǔn)直器3在諧振腔中作用是將腔內(nèi)激光準(zhǔn)直，盡可能降低腔內(nèi)激光在反射式體布拉格光柵I處的發(fā)散角，提高反射式體布拉格光柵I的選頻精度。圓柱曲面全反鏡8在本諧振腔中的作用是解決輸出光束的方向隨著光柵轉(zhuǎn)動而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的問題，在光柵轉(zhuǎn)動的方向上，即頻率調(diào)諧的自由度上將從反射式體布拉格光柵I得到的選頻光按照入射光的路線使其原路返回，使諧振腔形成振蕩。由于反射式體布拉格光柵I優(yōu)異的選頻特性以及本發(fā)明針對反射式體布拉格光柵所設(shè)計的諧振腔結(jié)構(gòu)，本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)高功率、窄線寬、寬調(diào)諧激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0017]本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)高功率、窄線寬、寬調(diào)諧激光運(yùn)轉(zhuǎn)的原因主要有三點(diǎn):1、反射式體布拉格光柵(RBG)絕對衍射效率超過99%、光柵損耗小于2.5%、同時溫度穩(wěn)定性達(dá)400°C、在近紅外區(qū)對連續(xù)激光的耐受性高達(dá)每平方厘米數(shù)萬瓦，因此適于高功率激光高效運(yùn)轉(zhuǎn)；
2、通過RBG的設(shè)計,光柵的光譜選擇最低可達(dá)20pm、角度選擇最低可達(dá)100 μ rad,因此該激光器可實(shí)現(xiàn)窄線寬輸出；3、本發(fā)明設(shè)計了針對RBG進(jìn)行選頻的結(jié)構(gòu)，較好的解決了輸出光束方向隨光柵轉(zhuǎn)動而發(fā)生偏轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，整個激光波長可調(diào)諧過程僅需轉(zhuǎn)動光柵轉(zhuǎn)臺即可完成，操作簡單靈活。
[0018]工作流程:增益介質(zhì)受泵浦光激發(fā)，吸收泵浦能量形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布，產(chǎn)生受激輻射，通過諧振腔振蕩放大形成穩(wěn)定的激光。其中形成窄線寬的過程可描述為:諧振腔形成激光振蕩，腔內(nèi)產(chǎn)生的激光鏡準(zhǔn)直器3準(zhǔn)直，假設(shè)以5角(入射光與反射式體布拉格光柵法線的夾角)入射到反射式體布拉格光柵I表面，由于反射式體布拉格光柵I的波長的選擇特性，滿足、反射式體布拉格光柵I選頻條件的激光被窄化后反射到柱曲面全反鏡組合。根據(jù)幾何圖形的特征，經(jīng)過圓柱曲面全反鏡反射的激光將按照入射光的路線原路返回，在諧振腔中形成振蕩。最終與反射式體布拉格光柵入射角相匹配的選頻光的到放大，其他受激輻射產(chǎn)生的激光被抑制。由于反射式體布拉格光柵的選頻帶寬非常小，因此配合本發(fā)明所涉及的諧振腔結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高功率窄線寬可調(diào)諧激光運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0019]本實(shí)施例中，反射式體布拉格光柵I的法線、光柵轉(zhuǎn)臺2和圓柱曲面全反鏡8構(gòu)成激光器的光柵選頻結(jié)構(gòu)，放在激光器的內(nèi)部，通過內(nèi)腔選頻的方式，實(shí)現(xiàn)對激光波長的調(diào)諧，構(gòu)成可實(shí)現(xiàn)高功率、窄線寬、寬調(diào)諧的內(nèi)腔光柵可調(diào)諧激光器。
[0020]光柵選頻結(jié)構(gòu)也可以放在激光器的外部，通過外腔選頻的方式，實(shí)現(xiàn)對激光波長的調(diào)諧，構(gòu)成可實(shí)現(xiàn)高功率、窄線寬、寬調(diào)諧的外腔光柵可調(diào)諧激光器。
【權(quán)利要求】
1.一種高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，其特征在于:包括反射式體布拉格光柵(I)、光柵轉(zhuǎn)臺(2)、準(zhǔn)直器(3)、增益介質(zhì)(4)、輸出耦合鏡(5)、二向色鏡(6)、泵浦源(7)和圓柱曲面全反鏡(8);所述的反射式體布拉格光柵(I)固定在光柵轉(zhuǎn)臺(2)的旋轉(zhuǎn)軸上；反射式體布拉格光柵(I)的法線與光柵轉(zhuǎn)臺(2)的旋轉(zhuǎn)軸垂直；光柵轉(zhuǎn)臺(2)的旋轉(zhuǎn)軸與圓柱曲面全反鏡(8)的中心軸重合；二向色鏡(6)與水平方向呈45°角；泵浦源(7)發(fā)射的泵浦光依次通過二向色鏡(6 )、輸出耦合鏡(5 )、增益介質(zhì)(4 )進(jìn)入準(zhǔn)直器(3 )，準(zhǔn)直器(3 )輸出的準(zhǔn)直光與RBG的光柵轉(zhuǎn)軸共面,并且準(zhǔn)直光的方向與光柵轉(zhuǎn)軸垂直；反射式體布拉格光柵的光譜選擇最低可達(dá)20pm、角度選擇最低可達(dá)100 μ rad、絕對衍射效率超過99%、光柵損耗小于2.5%、同時溫度穩(wěn)定性達(dá)400°C，在近紅外區(qū)對連續(xù)激光的耐受性高達(dá)每平方厘米數(shù)萬瓦；所述的反射式體布拉格光柵(I)、光柵轉(zhuǎn)臺(2)和圓柱曲面全反鏡(8)構(gòu)成激光器的光柵選頻結(jié)構(gòu)，放在激光器的內(nèi)部或外部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，其特征在于:所述的圓柱曲面全反鏡(8)為柱面反射介質(zhì)鏡或金鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，其特征在于:所述的準(zhǔn)直器(3)為球面鏡或非球面鏡或透鏡組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，其特征在于:所述的增益介質(zhì)(4)為固體增益介質(zhì)或氣體增益介質(zhì)或液體增益介質(zhì)或半導(dǎo)體激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，其特征在于:所述的輸出耦合鏡(5)是平面鏡、或者是平凹鏡、或者是柱面鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高功率窄線寬可調(diào)諧激光器，其特征在于:所述的泵浦源(7)的泵浦方式是端面泵浦或側(cè)面泵浦。
【文檔編號】H01S3/136GK103762488SQ201410018597
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月15日
【發(fā)明者】陳浩, 王利, 沈德元, 黃海濤, 劉曉蘭 申請人:江蘇師范大學(xué)