激光線寬壓縮模塊及窄線寬激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種激光諧振腔的線寬壓窄模塊。該模塊為一集成光學器件，其中棱鏡狀本體的兩個側面分別構成入射面和反射面，反射面為反射型閃耀光柵，可以解決低增益激光器中由于光學系統(tǒng)復雜、光學元件表面損耗帶來的出光困難難題，并且該模塊光學集成度高，調節(jié)以及使用簡單。該模塊具有良好的波長選擇特性，和較好的抗損傷閾值。用該模塊搭建的激光諧振腔，光學元件少，抗干擾能力強，可用于環(huán)境復雜的場合。
【專利說明】激光線寬壓縮模塊及窄線寬激光器
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及激光【技術領域】，特別是一種用于激光線寬壓縮和選線的光學元件，本 發(fā)明公開的線寬壓縮元件集成度高，調節(jié)簡單，易于使用，高度的集成特性，使得該元件特 別適用于環(huán)境復雜，對諧振腔穩(wěn)定度要求高的場合。
【背景技術】
[0002] 激光器的線寬是指激光器輸出的光譜的帶寬，通常采用光譜峰值的半高寬度為激 光線寬。線寬壓縮的目的是獲得高的激光譜功率密度?，F有激光器中的線寬壓縮模塊多采 用光柵和其他光學器件的組合，基本壓縮原理主要是色散原理。但由于采用了分立的光學 元件，增加了光學系統(tǒng)的復雜度和調節(jié)難度，降低了激光器系統(tǒng)的抗外界干擾性能，限制了 激光器系統(tǒng)的環(huán)境適用性。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明將多個光學元件集成為一體，成為一個單一的獨立的光學元件，簡化了激 光器光學系統(tǒng)，增強了激光器環(huán)境適用性。本發(fā)明提供一種激光諧振腔的線寬壓縮模塊，可 W解決低增益激光器由于光學系統(tǒng)復雜、光學元件表面損耗帶來的出光困難難題，并且該 模塊光學集成度高，調節(jié)、使用簡單。用該模塊搭建的激光諧振腔，光學元件少，抗干擾能力 強，可用于環(huán)境復雜的場合。
[0004] 本發(fā)明技術方案如下：
[0005] 一種激光線寬壓縮模塊，包括對該激光波長高透射的棱鏡狀本體，所述的棱鏡狀 本體的兩個側面分別構成入射面和反射面，所述的反射面為反射型閃耀光柵，從入射面入 射的激光經棱鏡狀本體折射后入射至反射型閃耀光柵后，反射型閃耀光柵的1級衍射光沿 入射激光原路返回。
[0006] 上述激光線寬壓縮模塊中，所述的入射面和反射面構成的頂角0滿足 0二arcsin(^^) + arcsin(^)，其中0 1。為激光入射至入射面的入射角，n為棱鏡狀本體 n 2nd 的介質折射率，d為光柵周期，A為激光波長
[0007] 上述激光線寬壓縮模塊中，在入射面上鍛有對該波長激光的增透膜。
[000引上述激光線寬壓縮模塊中，所述的棱鏡狀本體采用石英、K9或CaFs玻璃制成。
[0009] 上述激光線寬壓縮模塊中，所述的反射面采用膠合的方法粘貼在棱鏡狀本體上， 或者在棱鏡本體上直接刻畫出周期形貌。
[0010] 一種利用上述激光線寬壓縮模塊構成的窄線寬激光器，激光器增益介質的一端設 置有半透半反射的輸出鏡，增益介質的另一端設置有激光線寬壓縮模塊。
[0011] 上述窄線寬激光器中，在輸出鏡和增益介質之間設置有光闊。
[0012] 一種利用上述激光線寬壓縮模塊構成的窄線寬激光器，激光器增益介質的一端設 置有全反射腔鏡，增益介質的另一端設置有激光線寬壓縮模塊，所述的激光由反射型閃耀 光柵的0級方向出射。
[0013] 上述窄線寬激光器中，在全反射腔鏡和增益介質之間設置有光闊。
[0014] 本發(fā)明具有的技術效果如下：
[0015] 1、本發(fā)明簡化了線寬壓窄模塊，減少了實際光學元件的數目，調節(jié)簡單，使用方 便，抗外界干擾能力腔，減小了每個光學元件表面反射帶來的損耗，特別適用于搭建低增益 且具有選線功能的激光諧振腔。同時本發(fā)明具有棱鏡和光柵的雙重色散特性，可用于搭建 色散效率較高的色散腔。
[0016] 2、本發(fā)明特殊的頂角設計可W使得工作波長的光沿入射光路返回，具有光學反饋 功能。將激光線寬壓縮模塊應用到激光器增益介質反饋中，可具備選線和光學反饋雙重功 能。
[0017] 3、本發(fā)明利用衍射光柵不同衍射級分別作為激光器的輸出端和反饋端，可大大優(yōu) 化激光器的結構，提高光柵衍射光的利用效率。此結構利用光柵0級衍射光輸出，使得激光 器的半反射腔鏡變成了全反射鏡，可W減小激光器諧振腔的光學損耗，降低激光器振蕩闊 值，提高激光輸出能量。
[001引 4、本發(fā)明采用斜入射方式，光束寬度變寬，增大了入射至器件的入射面積，可W降 低入射至工作面的光功率密度，延長器件使用壽命。
[0019] 5、本發(fā)明采用布儒斯特角入射方式，可W提高激光器的偏振度，也可W降低諧振 腔的光學損耗；同時入射面采用增透膜方式，減少諧振腔的光學插入損耗。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明整體式線寬壓縮模塊的結構及原理示意圖；
[0021] 圖2為本發(fā)明膠合式線寬壓縮模塊的結構及原理示意圖；
[0022] 圖3為本發(fā)明膠合式線寬壓縮模塊中光柵的結構示意圖；
[0023] 圖4為本發(fā)明包含增透膜的線寬壓縮模塊的結構及原理示意圖；
[0024] 圖5為利用本發(fā)明線寬壓縮模塊作為反饋腔鏡構成的激光器原理示意圖；
[0025] 圖6為利用本發(fā)明線寬壓縮模塊同時作為反饋腔鏡和輸出腔鏡的激光器原理示 意圖。
[0026] 附圖標記；1-入射面；2-反射面；3-光柵；4-光柵反射膜；5-周期結構；6- 透明基底；7-增透膜；10-半透半反射輸出鏡；11-光闊；12-增益介質；13-全反射腔 鏡。
【具體實施方式】
[0027] 如圖1所示，本發(fā)明提供一種激光諧振腔的線寬壓窄模塊，該模塊為一集成光學 體器件，該模塊具有棱鏡外貌特征，主要工作面有兩個，一個為入射面1，另一個為具有特殊 周期結構特征的反射面2,入射面1和反射面2之間具有一個特殊的夾角0。
[002引其中入射面1為平面，根據需要可鍛增透射膜減少反射損失，或者在不鍛膜情況 下，光W布儒斯特角入射到線寬壓窄模塊的入射面1。線寬壓窄模塊的材料對于工作波長為 透明材料，例如工作波長在可見光范圍內，常用的材料有石英、K9、CaFs玻璃等。
[0029] 線寬壓窄模塊的反射面2為一具有一定周期結構5面型的內反射表面，具有一定 的色散特性。其中周期結構5形成一個內反射的光柵面，周期結構5外表面鍛有高反射膜， W形成內反射。該反射面同時具有色散特性和閃耀特性，可W將特定波長的光能量集中到 特定的方向，此外，具有周期和閃耀特性的面型結構還可W降低諧振腔反饋損耗。
[0030] 內反射光柵的加工方法可W在光學材料上加工出所需要的周期結構，常見的加工 方法有直接法和膠合法。
[0031] 直接法是直接在反射面2上形成周期性閃耀結構，如果選擇的元件材料質地相對 較軟，如聚碳酸脂材料（折射率1. 58)，有一定初性，易于加工，可W在反射面2上直接刻畫 出周期結構，再鍛全反射膜；如果元件材料較硬，地質較脆，可W再在反射面2上鍛上一層 較軟的光學材料，如在反射面2上鍛一層透明基底材料如MgFs，在MgFs上刻劃出需要的周 期形貌，然后在該形貌的基礎上鍛多層膜系結構，形成全反射膜。直接法加工后的器件如圖 1所示。
[0032] 膠合法是可W選擇在易于加工的透明基地6材料上如有機玻璃表面刻畫出周期 結構5,并在周期面上鍛全反射膜（如圖3所示），最后膠合在反射面2上。膠合后的器件 結構如圖2所示。
[003引如圖4所示，線寬壓窄模塊入射面鍛增透膜7情況下，光W大角方式入射到該線寬 壓窄模塊入射面。線寬壓窄模塊不鍛增透膜情況下，光W特定偏振態(tài)W布儒斯特角入射到 所述線寬壓窄模塊的入射面。
[0034] 線寬壓窄模塊入射面1和反射面2之間的夾角0是特殊設計的，它使得特定波長 (工作波長為A )的入射光W同樣的角度反射出該線寬壓窄模塊，為諧振腔提供光學反饋， 由入射角、材料折射率和反射面2的周期間隔共同決定。0角度可W按照下式計算
[0035]
【權利要求】
1. 一種激光線寬壓縮模塊，其特征在于：包括對該激光波長高透射的棱鏡狀本體，所 述的棱鏡狀本體的兩個側面分別構成入射面（1)和反射面（2)，所述的反射面（2)為反射 型閃耀光柵（3)，從入射面（1)入射的激光經棱鏡狀本體折射后入射至反射型閃耀光柵（3) 后，反射型閃耀光柵（3)的1級衍射光沿入射激光原路返回。
2. 根據權利要求1所述的激光線寬壓縮模塊，其特征在于：所述的入射面（1)和反射 面（2)構成的頂角0滿足
其中0in為激光入射至入射面的入射角，n為棱鏡狀本體的介質折射率，d為光柵周期， 入為激光波長。
3. 根據權利要求1所述的激光線寬壓縮模塊，其特征在于：在入射面（1)上鍍有對該 波長激光的增透膜（7)。
4. 根據權利要求1所述的激光線寬壓縮模塊，其特征在于：所述的棱鏡狀本體采用石 英、K9或CaF2玻璃光學透明材料制成。
5. 根據權利要求1所述的激光線寬壓縮模塊，其特征在于：所述的反射面（2)采用膠 合的方法粘貼在棱鏡狀本體上，或者在棱鏡本體上直接刻畫出周期形貌。
6. -種利用權利要求1所述的激光線寬壓縮模塊構成的窄線寬激光器，其特征在于： 激光器增益介質（12)的一端設置有半透半反射輸出鏡（10)，增益介質（12)的另一端設置 有激光線寬壓縮模塊。
7. 根據權利要求6所述的窄線寬激光器，其特征在于：在半透半反射輸出鏡（10)和增 益介質（12)之間設置有光闌（11)。
8. -種利用權利要求1所述的激光線寬壓縮模塊構成的窄線寬激光器，其特征在于： 激光器增益介質（12)的一端設置有全反射腔鏡（13)，增益介質（12)的另一端設置有激光 線寬壓縮模塊，所述的激光由反射型閃耀光柵的〇級方向出射。
9. 根據權利要求8所述的窄線寬激光器，其特征在于：在全反射腔鏡（13)和增益介質 (12)之間設置有光闌（11)。
【文檔編號】H01S3/10GK104485574SQ201410726970
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月3日 優(yōu)先權日:2014年12月3日
【發(fā)明者】朱峰, 于力, 易愛平, 唐影 申請人:西北核技術研究所