[发明专利]基于锥形折射环形光泵浦的拉盖尔-高斯光束固体激光器

说明书

技术领域

本发明属于固体激光器技术，特别涉及一种基于双轴晶体锥形折射环形光泵浦的高效率一阶或更高阶的拉盖尔-高斯光束固体激光器。

背景技术

近年来，柱状矢量光束和涡旋光束愈来愈受到人们的关注。它们的共同特点是是其光斑的中心强度为零且其振幅可用一阶或更高阶的拉盖尔-高斯(Laguerre-Gaussian,LG)函数来表征。柱状矢量光束的典型代表包括径向偏振激光和角向偏振激光，其电场矢量指向光斑横截面的半径或者切线方向，在光斑中心存在偏振奇点因而中心振幅为零。涡旋光束是指沿着光传播方向具有螺旋形波前相位的光束，光斑中心存在相位奇点，这种特性导致该光束具有轨道角动量。目前柱状矢量光束和涡旋光束已经广泛应用于原子冷却和囚禁、粒子导引和捕获、高分辨显微等重要领域。

产生柱状矢量光束或者涡旋光束的方法包括被动法和主动法。被动法主要利用各种光学元件对腔外激光光束进行整形，这些器件包括空间光调制器、空间光变换延迟器、少模光纤等。然而利用此方法获得的柱状矢量光束或者涡旋光束的功率较低(主要受所用器件的损伤阈值所限)，且光束质量较差。主动法主要是利用激光器直接输出柱状矢量光束或者涡旋光束，具有光束质量好和功率高等优势。主动法通常需要在激光器腔内放置轴对称偏振元件或者衍射光学元件来迫使激光器产生矢量偏振光束或者涡旋光束振荡，因此对腔内元件的光学质量有较高要求，从而导致成本上升。

然而利用环形光泵浦的方式可避免使用腔内选模元件。环形泵浦光泵浦固体激光器，是指在激光增益介质内环形泵浦光与一阶或更高阶的拉盖尔-高斯光束产生空间模式匹配，通过对腔内横模模式的选择使激光器输出一阶或更高阶的拉盖尔-高斯光束。在该方法中，环形泵浦光束是多种不同横向模式的叠加，亮度低，方向 性差，不能很好的进行空间传播，但当利用它泵浦固体激光器时则可产生高功率、高光束质量的拉盖尔-高斯光。目前产生环形泵浦光的方法包括多模光纤离焦耦合法(Chin.Opt.Lett.,Vol.13No.3,031405,2015)、空心毛细石英光纤法(Opt.Commun.,Vol.296,P.109,2013)等。但是这些方法总体上来说都存在对环形泵浦光转换效率不高的问题(约在40％至75％)，从而导致激光器输出拉盖尔-高斯光束时的整体光-光效率不高。

为解决形成环形泵浦光时转换效率低的问题，本发明提出利用双轴晶体锥形折射产生的环形光来泵浦固体激光器，从而高效地产生拉盖尔-高斯光。双轴晶体的锥形折射(Proc.SPIE,Vol.6994,69940B,2008)是指激光光束聚焦之后通过沿着晶体任意一个光轴方向切割的双轴晶体，当泵浦光束通过双轴晶体之后会在透镜焦点之后形成环形的强度分布，其转换效率接近于100％。这有效地减少了利用其它方式形成环形泵浦光场时的功率损失，从而更高效地从固体激光器的增益介质中提取拉盖尔-高斯光束的增益。

发明内容

本发明针对环形光泵浦的拉盖尔-高斯光束固体激光器，为解决形成环形泵浦光时转换效率低的缺陷，通过双轴晶体中锥形折射将泵浦光高效率的转换为环形泵浦光，利用其泵浦固体激光器，从而获得高效率的的拉盖尔-高斯光束输出。

本发明的技术解决方案如下：

一种基于锥形折射环形光泵浦的拉盖尔-高斯光束固体激光器，其特点在于，包括泵浦源，沿该泵浦源输出光方向、且同光轴的依次放置的聚焦透镜、双轴晶体、激光增益介质和激光输出耦合镜；所述的双轴晶体位于聚焦透镜的一倍焦距以内。

在所述的泵浦源与所述的聚焦透镜之间还可以设有四分之一波片，且该四分之一波片与所述的泵浦源输出光同光轴。

所述的泵浦源是输出为线偏振激光、部分偏振激光、圆偏振激光或者非偏振激光的激光器或者激光器系统。

所述的双轴晶体是沿着其任意一个双轴晶体光轴方向切割的双轴晶体，其切割方向与泵浦源的输出光平行。

所述的激光增益介质的前表面镀有激光高反膜和泵浦光增透膜，后表面镀有激光增透膜，所述的激光高反膜作为激光器输入耦合镜与所述的激光输出耦合镜构成 激光谐振腔。

所述的激光增益介质为激光晶体、激光陶瓷或激光玻璃。

所述的激光增益介质位于所述的聚焦透镜的焦点之后双轴晶体锥形折射输出圆环泵浦光中心光强最弱的位置附近。

所述的激光输出耦合镜是对于激光部分透射部分反射的平面镜或者凹面镜。

上述发明实施方案具体如下：

方案一：