[发明专利]一种腔内倍频780纳米固体激光器

说明书

 

技术领域

本发明涉及固体激光材料和器件领域。

背景技术

780nm激光对应于铷原子的D₂吸收跃迁。因此，780nm激光可应用于超冷原子物理研究、原子钟、量子存储、量子通讯和计算等众多领域中，具有重要的军事和民用价值及广阔的市场前景。目前，用于上述领域的780nm激光主要是以1560nm光纤或半导体激光器作为光源，利用腔外倍频技术获得的。获得的780nm激光相对于固体激光而言，光束质量和波长稳定性均较差，在实际应用中受到了一定的限制。

目前，利用Er³⁺和Yb³⁺离子双掺的硼铝酸盐晶体作为增益介质已经实现了高性能的1.5-1.6μm波段的激光运转。该晶体在1.5-1.6μm波段具有宽的增益谱带和多个增益峰，其中一个增益峰正好位于1560nm波长，因此，通过采用特殊设计的激光腔镜，即可抑制除1560nm外其它波长的激光起振，实现高性能的1560nm单波长固体激光输出。然后利用腔内倍频技术，即可获得具有高输出光束质量和波长稳定性的780nm固体激光。

发明内容

本发明的目的是采用Er³⁺和Yb³⁺离子双掺的硼铝酸盐晶体作为增益介质，通过激光腔镜透过率设计来抑制除1560nm外其它波长的激光起振，同时在激光腔内加入倍频元件，获得高性能的780nm单波长固体激光，以应用于超冷原子物理和量子信息等领域。

本发明包括如下技术方案：

1.       一种腔内倍频780nm固体激光器，包括红外激光泵浦系统、激光腔、Er³⁺和Yb³⁺离子双掺激光晶体以及用作倍频1560nm激光的非线性光学晶体，其特征在于：该激光器采用Er_xYb_yR_(1-x-y)Al₃(BO₃)₄激光晶体作为增益介质，其中0.005≤x≤0.05，0.05≤y≤0.5，R为Sc、Y、La、Gd、Lu元素中某一元素或若干元素的组合；激光泵浦系统利用976nm附近波长的红外激光；激光腔输入介质膜片设计为在976nm波长附近透过率T≥70%，在1560nm波长处透过率T≤1%，长于1570nm波长处的透过率T≥4%；激光腔输出介质膜片设计为在780nm波长处透过率T≥70%，在1560nm波长处透过率T≤3%，短于1550nm波长处的透过率T≥5%；非线性光学晶体为KTP、LBO、BBO或LiNbO₃晶体，并沿倍频1560nm激光的相位匹配角切割。

2.       如项1所述的固体激光器，其特征在于：激光腔输入介质膜片设计为在976nm波长附近透过率T≥70%，在1560nm波长处透过率T≤1%，短于1550nm波长处的透过率T≥5%；激光腔输出介质膜片设计为在780nm波长处透过率T≥70%，在1560nm波长处透过率T≤3%，长于1570nm波长处的透过率T≥4%。

3.       如项1或2所述的固体激光器，其特征在于：将所述的激光晶体的一个端面与所述的非线性光学晶体的一个端面粘贴，在激光晶体的另一个端面和非线性光学晶体的另一个端面分别镀上输入和输出介质膜片。

4.       一种腔内倍频780nm固体脉冲激光器，其特征在于：在项1或2的固体激光器的激光晶体和非线性光学晶体间插入1560nm波长处的调Q或锁模元件，输出780nm单波长脉冲激光。

5.       如项4所述的固体脉冲激光器，其特征在于：将所述的激光晶体的一个端面与所述的调Q或锁模元件的一个端面粘贴，再将所述的调Q或锁模元件的另一端面与所述的非线性光学晶体的一个端面粘贴，在激光晶体的另一个端面和非线性光学晶体的另一个端面分别镀上输入和输出介质膜片。

6.       如项5所述的固体脉冲激光器，其特征在于：将所述的激光晶体与所述的调Q或锁模元件分开。

7.       如项5所述的固体脉冲激光器，其特征在于：将所述的调Q或锁模元件与所述的非线性光学晶体分开。

8.       如项4，5，6和7其中任一所述的固体脉冲激光器，其特征在于：将所述的调Q和锁模元件同时置于激光腔中。