[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

说明书

本发明公开了一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器，在单环形谐振腔实现百瓦级全固态连续单频激光器时，不需采用注入锁定放大技术，相对成本较低；克服了腔内插有单块晶体的单谐振腔在高功率泵浦时由热效应导致激光器稳区变窄的现象以及和单块晶体损伤阈值对输出功率的限制，激光器的输出功率提升空间大；单谐振腔实现高光束质量高功率全固态连续单频激光器时，激光器的腔型结构紧凑，易于集成化，易于实现商业化生产；可用于端面泵浦以及侧面泵浦的高光‑光转换效率高光束质量高功率全固态连续单频激光器的实现。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器。

背景技术

全固态单频激光器因其结构紧凑，体积小巧，光束质量好，长期功率稳定性高，在高输出功率的条件下仍然具有较低的强度噪声低等优点而被广泛应运于量子信息，量子通讯，引力波探测等多个领域。随着科学技术的发展，人们对全固态激光器的输出功率提出了更高的要求，因为在以引力波探测为代表的微弱信号的精密测量中，高输出功率的全固态激光器可提高测量装置的信噪比，进而提高测量精度。

目前在单谐振腔实现高功率全固态激光器的方法是通过利用直接泵浦的方式来降低由泵浦过程中的量子损耗引入的热，利用适当掺杂浓度的长棒晶体来提高对泵浦光的吸收效率，通过对腔型结构设计实现谐振腔像散与增益晶体的热透镜像散进行有效补偿，利用在环形谐振腔中插入单向器来迫使激光器单向运转，通过插入非线性晶体引入非线性损耗实现激光器的单频无跳模运转。受限于单谐振腔中增益晶体的热效应以及增益晶体热损伤阈值的限制，单谐振腔的连续单频输出功率限制于百瓦级以下。

百瓦级连续单频全固态激光器的一种实现方法采用行波放大装置。行波放大由于无谐振腔，放大方式简单，通过增加激光放大的级数去实现高功率激光输出增加了光路的复杂性，放大器的输出光束受增益晶体热效应的逐级累积出现退化，进一步限制了高功率高光束质量激光器的实现。行波放大器的输出功率的提升对种子光功率的饱和程度依赖性大，种子光功率限制了行波放大器功率的进一步提升。

百瓦级连续单频全固态激光器的另一种实现方式时采用注入锁定放大技术。被锁定的高功率谐振腔具有滤波作用，注入锁定放大器在实现较高输出功率的同时仍能实现较好的光束质量。在注入锁定放大器中，百瓦级连续单频激光输出的实现依赖于采用锁定环路来将高功率谐振腔的振荡频率精确锁定到种子源激光器的振荡频率，采用多套稳频系统来提高种子源激光器和高功率激光器的频率稳定性。多套锁定环路和稳频系统的使用，使得到的百瓦级全固态连续单频激光系统对外界的干扰更加灵敏。注入锁定放大器的锁定带宽，输出功率对种子光的功率饱和程度依赖性大，实际百瓦级注入锁定放大系统中需要采用多套前置激光放大器来提高低功率种子源激光器的输出功率，这进一步增加了系统的复杂程度，不利于实现结构紧凑的可商业化的百瓦级全固态连续单频激光器。

目前，现有报道中采用侧面泵浦的环形谐振腔，腔内插有两块增益晶体，由于两块增益晶体之间未能实现较好的模式匹配，激光器的工作稳区无法主动操控，产生激光中的次模未能有效抑制，导致获得的器连续单频激光器输出功率处于百瓦级以下，光-光转换效率低，长期单频稳定运转特性差。另外的报道中采用端面泵浦四块增益晶体的条件下实现了213W单横模激光输出，该激光器单频运转特性的实现依赖于注入锁定放大技术，光-光转换效率低，进一步的功率提升空间小。注入锁定放大技术的采用增加了系统的复杂性，多路锁定环路的使用增加了百瓦级系统对于外界环境的干扰尤的敏感性，庞大的光路系统，复杂的锁定环路，不利于集成化和商业化的实现。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种单谐振腔实现百瓦级连续单频全固态激光器。