[发明专利]一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器

权利要求书

1.一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器，其特征在于，包括：

由第一腔镜(1)、第二腔镜(2)、第三腔镜(3)和n个腔镜S₁-S_n组成环形谐振腔，其中n为大于等于2的偶数；设置各腔镜的位置，使腔镜S₁-S_n-1的入射光线和出射光线相互垂直；

在环形谐振腔内插入n块增益晶体LC₁-LC_n，每一增益晶体对应的设置于靠近与之编号下标相同的腔镜的射出光路上；还包括n个泵浦源PL₁-PL_n，每一增益晶体单独由一个泵浦源对应进行泵浦；

环形谐振腔内的增益晶体LC_n-1和LC_n之间的光路上设置由透镜fn-1和fn组成的成像系统(fn-1，fn)，实现腔模与泵浦模式在n块增益晶体LC₁-LC_n处的良好模式匹配以及操控激光器的工作稳区，通过控制激光器的腔模在增益晶体的大小以保证高功率输出的模式为TEM00模；

环形谐振腔内插入的单向器(4)迫使激光器实现稳定的单向运转；其中，所述单向器(4)设置于第一腔镜(1)和腔镜S₁之间的光路上；

环形谐振腔内插入的非线性晶体(5)引入的非线性损耗抑制激光器的多模振荡以及跳模现象，实现激光器的单频稳定运转；其中，所述非线性晶体(5)设置于第二腔镜(2)和第三腔镜(3)之间的光路上；

环形谐振腔中的第二腔镜(2)和第三腔镜(3)为平凹镜，确保将非线性晶体(5)插入第二腔镜(2)和第三腔镜(3)的聚焦束腰处时，非线性晶体(5)能够在谐振腔内引入足够的非线性损耗抑制激光器的多模振荡与跳模现象；

在单频运转条件下，谐振腔内的线性损耗与非线性损耗满足

其中，I₀为增益晶体的饱和参量，η为非线性晶体的非线性转化系数，具体可根据非线性晶体的相位匹配方式以及非线性晶体的参数计算得到；

g₀为小信号增益系数，l为非线性晶体的长度，

g₀l＝KPin (2)

其中，K为泵浦因子，Pin为泵浦功率；

△λ_g为增益带宽，所述非线性晶体为倍频晶体；cons表示倍频晶体的非线性接收带宽与倍频晶体的长度的乘积对应的常数；α₀为归一化的线性损耗，表示为：

其中，L为腔内的线性损耗，t为输出耦合镜的透射率；α₀为包含有输出耦合镜透射率t的函数；在特定腔型结构下，利用公式(1)-(3)，计算得到在特定注入功率下，满足激光器输出尽可能高的激光功率的同时还可以实现单频运转特性所对应的激光器的输出耦合镜的最佳透射率t。

2.根据权利要求1所述的一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器，其特征在于，环形谐振腔中增益晶体的个数没有上限，激光器的输出功率提升空间大。

3.根据权利要求1所述的一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器，其特征在于，所用的增益晶体是固态的增益介质，是板条状增益介质、棒状增益介质、单晶光纤中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器，其特征在于，非线性晶体是产生非线性效应的非线性介质，相位匹配方式是角度相位匹配和/或温度相位匹配。