[发明专利]提高Nd:YAG激光器线偏振输出功率的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用半导体激光器侧面泵浦[100]方向切割的Nd:YAG晶体棒，并旋转偏光分光器来寻找最大的线偏振光输出功率的装置及方法，属于激光器制造领域。

背景技术

半导体激光器的发射光谱和固体增益介质的吸收光谱匹配程度高，但是随着抽运功率的增大，激光介质的热效应越来越明显，引起热致双折射等现象。对于运转需要线偏振光束的激光器，比如电光调Q、倍频和光束外调制等，由热致双折射引起的热退偏效应将明显增加，严重影响固体激光器的输出功率。为了降低热退偏效应对激光器性能的影响，目前主要采取补偿热致双折射的办法，使棒截面上每一点的径向和切向偏振辐射都获得相同的相位延迟。常见的补偿方法是集成法拉第旋转器和反射镜来补偿振荡器的热退偏。

W.Koechner和D.K.Rice于1970年针对不同切割方向的Nd:YAG晶体棒的热致双折射进行了理论分析，计算出了不同偏振方向下，单通运转热致双折射的变化规律。Oliver Puncken，Henrik Tünnermann，James J.Morehead等于2010年在理论分析的基础上进行了探测光实验，得出了相似的结论。本发明内容是使用[100]方向切割的Nd:YAG晶体棒作为激光介质，进行自由振荡实验，研究对实际激光器的价值。通过改变线偏振光的偏振方向，可以得到最大的线偏振光输出功率，相比于[111]方向切割的Nd:YAG晶体棒作为激光介质时有了明显改善，即能够有效的提高自由振荡条件下棒状Nd:YAG激光器的线偏振光输出功率。

发明内容

本发明的目的在于克服常见[111]方向切割的Nd:YAG晶体热退偏补偿方法的不足，提出一种提高棒状Nd:YAG晶体激光器线偏振光输出功率的装置及方法。

全反射镜(1)、激光介质(4)和输出镜(5)顺序放置构成激光谐振腔，激光介质(4)安装于半导体激光器模块(3)内，半导体激光器模块(3)侧面泵浦激光介质(4)产生激光。激光介质(4)是使用[100]切割方向的Nd:YAG晶体棒，激光介质(4)和全反射镜(1)之间设有能够使激光器输出P偏光的线偏振激光的偏光分光器(2)。在调节过程中，旋转激光介质(4)和全反射镜(1)之间设有的偏光分光器(2)，在360度的旋转调节范围内，存在四个线偏振光输出功率的变化周期，分别有四个线偏振光输出功率极大值和极小值。激光器的热退偏是影响线偏振光输出功率大小的关键因素，热退偏越小，线偏振光输出功率越大。选取其中任意一个线偏振光输出功率极大值的方向作为偏光分光器的方向，在激光器自由振荡条件下，可以使激光器的热退偏最小，实现棒状Nd:YAG晶体激光器线偏振光输出功率的提高。

本发明用全新的思路实现了棒状Nd:YAG晶体激光器线偏振光输出功率的提高，相比于传统补偿热退偏的方法有以下优点：

热退偏效应明显减小；

避免了插入补偿热退偏的器件所带来的额外损耗；

激光器输出功率比传统补偿热退偏的方法能够提高10％以上；

大大降低了激光器成本；

操作更为简单，易于实现工程应用。

本发明具有实质性的特点和显著进步，本发明所述的方法可以广泛应用于半导体泵浦棒状Nd:YAG晶体激光器中，能够明显提高激光器的效率、稳定性和输出功率。

附图说明

图1是本发明系统示意图

图2是偏光分光器工作示意图

图3是垂直于[111]方向Nd:YAG棒截面内θ角与角的关系图

图4是垂直于[100]方向Nd:YAG棒截面内θ角与角的关系图

图5是一个线偏振光功率变化周期内(45度)，泵浦[111]方向切割Nd:YAG晶体与[100]方向切割Nd:YAG晶体时，输出功率变化规律关系图

图6是泵浦[100]方向切割Nd:YAG晶体时，旋转偏光分光器360度，输出功率的变化规律图

图7是[111]与[100]切割方向Nd:YAG棒的线偏振与非线偏振激光输出功率的比值与泵浦功率的关系图

具体实施方式

如图1所示，本发明是由全反射镜(1)、偏光分光器(2)、半导体激光泵浦模块(3)、激光介质(4)和输出镜(5)构成，以下结合[111]和[100]方向切割Nd:YAG晶体的热应力双折射效应，及其所产生的热退偏效应，对本发明方法做进一步说明。