[发明专利]一种新型结构的连续波单频全固态激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型结构的连续波单频全固态激光器，属于半导体激光泵浦全固态激光器技术领域。

技术背景

LD泵浦的全固态激光器通常为多纵模状态运转，多纵模运转会导致激光输出频带加宽、激光时间和空间相干性变差、由于纵模竞争导致激光输出功率不稳等。尤其是在腔内插入非线性光学元件时，不同的纵模之间还会在极化物质中相互耦合，产生随机的和频、差频等现象，使输出激光束的质量进一步下降。

实现激光器的单频运转，可以提高激光器的稳定性、获得单色性更好的高相干性光源。因此，单频激光器在光谱学、相干通讯、激光雷达、引力波探测、快速印刷、图像处理、光学数据存储、DNA芯片和平板显示器检测等诸多领域有着广泛的应用，有很大的市场前景。

传统的单频激光器实现方法主要有以下几种：第一种方法是短腔法，当谐振腔短到使纵模间隔大于增益介质的增益带宽时，只有单个纵模被允许震荡。但是短腔法只适用于增益线宽较窄的激光器，同时还要考虑激光晶体的吸收系数和效率等因素，而且不适合腔内加入倍频晶体或其他调制元件。第二种方法是短程吸收法：缩短增益介质的长度，加快粒子空间转移速度，避免形成空间烧孔，这样也就不会形成多纵模振荡，进而实现单频。上述两种方法选频由于腔长很短或激光晶体很薄，激光器的输出功率必然受到限制，不适合大功率输出。第三种方法是标准具法：标准具对不同波长具有不同的透过率，选择适当的标准具厚度和反射率，使其自由光谱区与激光工作物质的增益线宽相当，调节标准具的倾斜角就可以使标准具最大透过率处的频率与不同纵模重合，从而获得不同频率的单纵模激光输出。但是由于对标准具的厚度、反射率和倾斜角等参数要求较高，而且也为短腔结构，腔内很难插入大尺寸器件，效率低。第四种方法是环形行波腔法：采用环形腔结构，使激光束只能以行波方式单向传播在行波腔中受激辐射即可均匀地消耗介质反转粒子数，消除驻波效应。由于增益饱和，各纵模间的模式竞争中使中心频率的单纵模占优势，最终获得单纵模激光输出。环形行波腔能够获得较大功率的单频输出，但结构复杂、体积大、制作成本高。第五种方法是复合腔法：由一个迈克尔逊干涉仪取代谐振腔的一个反射镜构成，适当选择两个子腔的腔长，可以使复合腔的频率间隔足够大，当相邻纵模的间隔可以与激光介质的增益线宽相比拟时，即可实现单纵模运转。此种方法选频灵活，但结构复杂，对机械件稳定性要求较高。第六种方法是偏振转动扭转模法：该方法的关键元件是放在激光晶体两端的λ/4波片（两片）。两波片的快轴相对旋转90°，相对于腔内布氏片入射面转动45°。只有在腔内经波片往返后偏振方向仍能满足布氏角的纵模才能形成激光振荡。此种方法对λ/4波片的光轴、角度、厚度及温度情况要求较高，且光—光转换效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型结构的连续波单频全固态激光器，其采用V型腔结构的激光谐振腔模式，能够将基频光转化为单频光输出，进而改变现有单频激光器的不便与缺陷，实现了结构简单、体积小、高效率的单频光输出，其是一种可获得小体积、稳定性高、单色性好、单频输出的低噪声全固态激光器。