[发明专利]输出径向偏振光束的激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器，特别是一种输出径向偏振光束的激光器。

背景技术

通过激光器的输出来直接产生径向偏振光束一直以来都是国际研究的热点。20世纪六七十年代科研人员便开始对径向偏振激光器进行研发。1972年Y.Mushiake等日本科学家研制的第一台径向偏振He-Ne激光器诞生，几乎同时瑞士科学家Pohl在闪光灯泵浦的红宝石激光器中实现径向偏正输出，1974年美国科学家J.J.Wynne研制出径向偏振染料激光器，1981年美国科学家Marhic和Garmire研制出径向偏振CO2激光器。进入90年代后半期以后，对LD侧面泵浦的棒状Nd:YAG径向偏振激光器以及工业高功率CO2径向偏正激光器的研究进入高潮。

众所周知径向偏振光具有具有紧聚焦特性：当径向偏振光被具有高数值孔径的透镜聚焦后，焦点大小可以达到0.16λ²(λ为激光波长)，因此径向偏振光可以应用与高分辨率显微镜和光刻技术；而且在焦点位置处会形成一个沿着光束传播方向的纵向电场，该电场可被用于电子加速或者粒子捕获。此外金属材料对径向偏振光具有较大的吸收系数，当应用于材料处理(比如金属切割)时径向偏振光的效率两倍于圆偏振光。

目前对于实现光束径向偏振的方法主要有：利用两正交偏振的TEM₀₁激光束的相干叠加、利用轴对称性的偏振选择镜、以及晶体光栅。对于第一种方法(利用两正交偏振的TEM₀₁激光束的相干叠加)只能在腔外实现径向偏振，而且结构较复杂，体积较大，工业应用价值低。利用轴对称性的偏振选择镜也只能在腔外实现径向偏振，因而工业应用时比较麻烦。虽然利用晶体光栅可以在腔内实现高偏振纯度径向偏振激光，但是晶体光栅的加工成本十分高昂，因此一直阻碍着其在工业领域的普及应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种输出径向偏振光束的激光器，该激光器结构简单、成本低廉、易于推广使用。

本发明的技术解决方案如下：

一种输出径向偏振光束的激光器，包括泵浦源，其特点是：沿所述的泵浦源输出的泵浦光方向依次是泵浦光整形及耦合装置、前腔镜、激光介质、布儒斯特轴椎镜和后腔镜，所述的泵浦源输出的泵浦光的中心波长与所述的激光介质的吸收波长相同；泵浦光通过所述的泵浦光整形及耦合装置聚焦到所述的激光介质上，所述的布儒斯特轴椎镜是由高折射率材料制成的、顶角为布儒斯特角的余角2倍的轴椎镜。

所述的布儒斯特轴椎镜为汇聚形轴椎镜、双凸面轴椎镜或凹凸轴椎镜。

所述的泵浦源是半导体激光器。

所述的前腔镜对于泵浦光具有高透射率，而对径向偏振激光具有高反射率。

所述的后腔镜对于泵浦光具有高透射率，而对于径向偏振激光具有部分透射率。

所述的激光介质是气体激光介质、激光的晶体、掺稀土激活离子的陶瓷、或纤芯掺有稀土激活离子的单包层或者双包层光纤。

所述的布儒斯特轴椎镜位于激光谐振腔内后腔镜前的适当位置。当以布儒斯特角入射到该轴椎镜的光束，其p偏振光完全透过，而对于s偏振光部分透过，而且随着布儒斯特轴椎镜的材料折射率的增加，s偏振光的透过率减小，而p偏振光的透过率保持不变为100％。因而通过高折射率材料制成的布儒斯特轴椎镜可以实现高偏振纯度的径向偏振激光输出。

所述的半导体激光泵浦源的中心波长与激光介质的吸收波长一致。其泵浦光可以通过光纤尾纤输出，也可以直接输出到泵浦光束整形及耦合系统；其可以是基于多个半导体激光阵列组合的半导体激光器，也可以是基于多个单管激光二极管组合的半导体激光器。

所述的双透镜聚焦耦合装置将浦光束整形及耦合到激光介质中，首先用透镜将泵浦光准直，然后再将准直的泵浦光利用透镜使其聚焦在激光介质中。

所述的前腔镜对于泵浦光具有高透射率，而对信号光(径向偏振激光)具有高反射率；所述的后腔镜对于泵浦光具有高透射率，而对于信号光具有部分透射率。

本发明的技术效果：

本发明中，通过将具有高折射率材料制成的布儒斯特轴椎镜置于激光腔内，在固体激光器或者光纤激光器中实现高径向偏振纯度、高峰值功率的调Q或者连续的径向偏振光输出。输出光的光束质量好，径向偏振纯度高。和其它径向偏振选择元件相比，高折射率材料制成的布儒斯特轴椎镜径向偏振选择元件具有加工简单、成本低、易于普及应用等特点。基于高折射率布儒斯特轴椎镜的径向偏振激光器可以广泛的应用于工业、科研、医疗等领域。