[发明专利]一种偏振功率比可调的正交偏振激光器

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种偏振功率比可调的正交偏振激光器。

背景技术

1960年，世界上第一台激光器—氙灯泵浦红宝石激光器问世。在世界上第一台激光器诞生之后的近半个世纪中，各种不同类型的激光器陆续出现；作为二十世纪最伟大的发明之一，激光器的应用遍及工业、通信、医学、军事、科学研究等诸多领域，对社会的发展和科学的进步起到了极大的推动作用。正交偏振激光器是指输出激光含有两个正交偏振态的激光器。正交偏振激光器被广泛的应用于精密计量领域，例如用于长度、角度、速度、振动、应力、重力、磁场等物理量的测量。此外正交偏振激光还被应用于科学研究领域，如激光冷却原子、激光全息、光谱成像、产生超短脉冲等方面。

传统的正交偏振激光器有两类，分别为塞曼(Zeeman)双频激光器和四频环形激光器。塞曼激光器(R.A.J.Keijser.Polarization properties of internal mirror he-ne lasers in a strong transverse magnetic-field.Opt Commun.23(2)：194-198(1977))利用激光介质的塞曼效应，当磁场加在激光介质上时，激光介质的光谱分裂，不同偏振态的光谱线对应不同的增益，从而输出正交圆/线偏振激光。四频环形激光器(A.I.Shevtsova.A ring laser with orthogonally polarized opposed waves.J.Appl.Spectrosc..35(3)：970-972(1981))则是利用旋光及磁光法拉第效应，在环形激光器中插入石英晶体及法拉第旋转器，输出正交圆偏振激光。近年来，清华大学张书练教授课题组发展了一种新型的基于双折射效应的正交偏振激光器。通过在激光器谐振腔中插入额外的双折射器件，这种双折射器件既可以是具有自然双折射特性的晶体，也可以是通过磁光、电光、应力致光学效应等可以产生双折射特性的其他器件。由于双折射，不同偏振态对应不同的环程光腔长度，于是便可以产生双频正交偏振激光。该小组实现了基于双折射效应的He-Ne激光器(Z.Zhao，S.L.Zhang，，Y.Tan and Y.Li，Cavity tuning characteristics of orthogonally polarized dual-frequency He-Ne laser at 1.15μm，Chin Phys Lett.，10(2)：021402(2012))、LD泵浦Nd:YAG激光器(Z.Ren，Y.D.Tan，X.J.Wan，and S.L.Zhang.Steady state response of optical feedback in orthogonally polarized microchip Nd:YAG laser based on optical feedback rate equation.Appl Phys B-lasers O.99(3)：469-475(2010))，并对这类正交偏振激光器的光腔物理现象及其应用进行了系统研究，取得了一系列成果，发展和推广了基于腔内双折射效应的正交偏振激光(张书练，正交偏振激光原理，北京：清华大学出版社，2005；张书练，正交偏振双纵模激光器腔调谐物理效应，激光与光电子学进展，48：051401(2011)；张书练等，正交线偏振激光器原理与应用(I)—正交线偏振激光的产生机理和器件研究，自然科学进展，14(2)：145-154(2004a)；张书练等，正交线偏振激光器原理与应用(II)—物理现象研究，自然科学进展，14(3)：273-281(2004b)；张书练等，正交线偏振激光器原理与应用(III)—精密测量应用原理及技术基础研究，自然科学进展，14(4)：380-389(2004c)；美国专利005091913A；中国专利ZL197120293.1、ZL98117756.5、ZL200510086785.X、ZL200510011383.3、CN102589856A)。目前已经报道的上述所有这些正交偏振激光器均是在激光谐振腔内插入额外的双折射元件来得到正交偏振激光的。此外，中科院福建物构所基于激光增益介质的不同跃迁能级输出双波长正交偏振激光器(中国专利CN102468600A、CN102195229A、CN102468599A、CN103022882A)。最近还有基于复合腔结构的Y型腔输出正交偏振激光的报道(中国专利CN102507450A、CN102506728A、CN102507054A)。采用面发射的垂直腔半导体激光(Hurtado，I.D.Henning，and M.J.Adams.Different forms of wavelength polarization switching and bistability in a 1.55 mu m vertical-cavity surface-emitting laser under orthogonally polarized optical injection.Opt Lett.34(3)：365-367(2009))以及激光相干合成技术(K.Regelskis，N.Gavrilinas，R.Trusovas，and G.Raciukaitis.Coherent addition of orthogonally polarized fibre lasers with high combining efficiency.Lith J Phys.50(2)：209-214(2010))也可以得到正交偏振激光。这些正交偏振激光器的结构一般都比较复杂，输出功率较低，光束质量较差，稳定性和经济性都较低。