[发明专利]波长相近的正交偏振双波长激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型的能输出两种偏振态相互正交的波长相近的双波长激光的固体双波长激光器，属于光电子器件领域。

背景技术

固体双波长激光可广泛应用于非线性频率转换、激光雷达、卫星测距、环境监测、光动力学医疗、光纤通信以及光谱学研究等领域，特别是在非线性频率转换方面，近年来利用固体双波长激光进行和频或差频已成为获得具有特殊用途新波长激光的重要技术途径，如利用1微米和1.3微米双波长激光通过和频产生黄光和橙黄光，若采用波长相近的双波长激光通过差频技术还可获得相干THz辐射波。因此，固体双波长激光的研究日益受到人们的重视，已成为国内外较为热门的研究课题。

迄今为止，所报道的固体双波长激光就偏振特性而言，主要有两种类型，一种是利用各向同性的激光晶体获得的无偏双波长激光，如Nd:YAG晶体发射的1357nm和1444nm双波长激光；另一种是利用各向异性的激光晶体获得的单一偏振方向双波长激光，如Nd:YAlO₃ (Nd:YAP)晶体发射的1079nm和1341nm双波长激光。上述无偏或是单一偏振方向的固体双波长激光，在应用中有其局限和不足。如无偏双波长激光，在入射到非线性光学晶体进行频率转换时，无论是采用Ⅰ类（e+e=o或o+o=e）还是Ⅱ类（o+e=o或e+o=e）相位匹配，只有满足相位匹配的激光偏振分量参与和频（或差频）作用，导致频率转换效率较低。尤其是有些非线性光学晶体，如中小功率方面最具代表性的非线性光学晶体KTP，在进行频率转换时，只能采用Ⅱ类（o+e=o或e+o=e）相位匹配，无偏或单一偏振方向的固体双波长激光的频率转换效率更是有待于进一步提高。此外，对单一偏振方向的双波长激光进行和频时，产生和频光的同时，还会产生各自的倍频光，直接影响了和频的效率及变频光的光谱纯度。近期我们利用Nd:YAG晶体同时发射的1319nm和1338nm双波长激光进行和频实验时，不管1319nm和1338nm双波长激光起偏与否，都观察到了664nm和频光以及659.5nm和669nm倍频光，三者的比例为23:16:11（H.Y.Zhu, G.Zhang, C.H.Huang, Y.Wei, L.X.Huang, A.H.Li and Z.Q.Chen. “1318.8nm/1338.2 nm simultaneous dual-wavelength Q-switched Nd:YAG laser”, Appl. Phys. B, 90(2008)451-454）。因此，如何提高频率转换效率及变频光的光谱纯度，是固体双波长激光在非线性频率转换过程中一个亟待解决的问题。为此，我们设想如果输出的双波长激光的偏振方向相互正交，频率转换时可以采用II类匹配，各偏振分量均能充分参与到和频（或差频）过程中，将有效提高频率转换效率；尤其是在和频时，避免了各自倍频光的产生，可大大提高光谱纯度。

 此外，双波长激光在光纤通信方面应用广泛。近年来，通信行业发展迅速，信息高速公路正在全球范围内以惊人的速度建立起来。光纤通信技术向着速度高、容量大、可伸缩性好的方向发展。为了增大网络吞吐的容量和速率，有效的解决途径就是采用波分复用（Wavelength Division Multiplex, WDM）技术。应用这种技术可以在同一根光纤中同时传输两个或多个不同波长光信号。正交偏振双波长激光在光纤波分复用技术中可提供一种新的信号载波激光光源。由于同光路同时发射且偏振特性相互正交，正交偏振双波长激光应用于光纤通信，对信道间四波混频造成的干扰具有抑制作用，不同偏振的光载波信号在接收端也容易解码分离，在光纤通信领域有着潜在的应用价值。

据我们所知，目前国内外尚未见到有关正交偏振双波长激光同时同光路输出的研究报道，只有通过频率分裂技术实现同一波长内的大频差正交偏振双频激光的研究。大频差正交偏振双频激光器在绝对距离干涉测量和激光通信等领域具有重要应用。然而，该双频激光实质上是同一激光辐射波长的两个分裂频率模，受增益线宽限制，这种方法获得的正交偏振双频激光的频差最多只能达到固体激光器增益线宽的极限。采用不同能级或分裂子能级跃迁产生的正交偏振双波长激光，不受固体激光器单一谱线增益线宽的限制，可产生更大的频差，拓展其应用。