[发明专利]基于角锥阵列外腔反射镜的法拉第激光器及其实现方法

说明书

本发明公开一种基于角锥阵列外腔反射镜的法拉第激光器及其实现方法，属于半导体激光技术领域，通过将两片永磁铁放在填充有旋光原子的原子气室的两侧，原子气室处在轴向磁场中，调整永磁铁和原子气室的距离来调整磁场的大小，旋光原子蒸汽在磁场的作用下发生塞曼分裂，并对入射激光的偏振方向发生偏转，通过对特定波长的光进行旋转，可以透过所需要的波长范围内的激光，再利用角锥阵列外腔反射镜对激光进行反射和透射，使反射光沿原光路返回形成窄线宽激光。该角锥阵列外腔反射镜利用其不同锥面对激光进行原路反射，突破了现有技术中由于固体胶老化及外界机械震动的影响造成法拉第激光器的频率稳定度难以提升的瓶颈。

技术领域

本发明属于半导体激光技术领域，具体涉及一种基于角锥阵列外腔反射镜的法拉第激光器及其实现方法。

背景技术

法拉第原子滤光器基于原子蒸汽处于纵向磁场中产生的法拉第旋光效应使其具有的窄带宽、高噪声抑制比、高透射率等优点，在超精密光谱学、水下光通信、激光雷达及基础物理学研究等方面得到广泛应用。然而法拉第激光器的应用限制于实验室研究，造成这种限制的原因是法拉第激光器谐振腔会随着机械振动而发生漂移，导致激光功率下降及激光波长发生漂移。

目前国际上报道的法拉第激光器平面外腔反射镜的固定方式一般是机械固定或固体胶固定，其会带来以下几个弊端：1)平面反射腔镜对光学角度较为敏感，安装过程中轻微的角度偏折极其容易导致输出光功率急速下降，从而加大安装难度；2)现有技术中平面外腔反射镜极易受环境(振动、温度等)及固定器件老化的影响，激光谐振腔的腔镜容易发生轻微松动，使得激光器原谐振模式发生漂移，腔镜的反射光不能按原光路返回到激光管，光强的分布模式发生改变，导致激光腔的输出能量损失严重，3)平面反射腔镜的角度敏感性极强，安装过程中或器件老化的原因都会不同程度的导致激光角度的偏折，影响激光对原子滤光器内原子抽运的不均匀性，影响激光波长的稳定性。

中国发明专利申请202010927041.0公开的多波长非原子共振法拉第半导体激光器和中国发明专利申请202010756459.X公开的基于拍频锁定的高稳定度双频法拉第激光器及实现方法中使用的激光外腔反射镜均为平面反射镜，固定平面反射镜的机械器件或外界环境的变化(机械振动或温度)极易造成谐振腔模的改变及抖动，严重影响法拉第激光输出波长的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中由于法拉第平面外腔反射镜固定的不稳定性造成法拉第激光器的频率稳定度难以提升的困难，提供了一种结构简单、性能稳定和抗环境干扰能力强的基于角锥阵列外腔反射镜的法拉第激光器。本发明的原理是：将两片永磁铁放在填充有旋光原子例如铷、铯原子的原子气室的两侧，原子气室处在轴向磁场中，调整永磁铁和原子气室的距离来调整磁场的大小，铷、铯原子蒸汽在磁场的作用下发生塞曼分裂，并对入射激光的偏振方向发生偏转，即左旋分量和右旋分量的吸收和色散不同，通过对特定波长的光进行旋转，可以透过所需要的波长范围内的激光。

本发明提供的基于角锥阵列外腔反射镜的法拉第激光器的新颖性和创造性体现在：本发明利用角锥阵列外腔反射镜实现的法拉第激光器机械稳定性高，突破了现有技术中由于固体胶老化及外界机械震动的影响造成法拉第激光器的频率稳定度难以提升的瓶颈，用简单的光学器件实现了一种高性能的基于角锥阵列外腔反射镜的法拉第激光器，其对环境的要求大大低于现有技术中基于平面反射镜的法拉第激光器，大大增强了法拉第激光器对环境变化的耐受性，如机械振动、温度变化等。本发明提供的角锥阵列外腔反射镜的单个角锥的反射面设计为不平整的反射面、优化单个角锥的尺寸及高度并控制整个角锥阵列外腔反射镜的尺寸可以进一步提高激光的利用效率，当激光管输出激光通过角锥阵列外腔反射镜的逆向平行反射，激光管输出的激光经过角锥阵列外腔反射镜内不同角锥面的反射将激光以平行入射光线的方向返回，当角锥阵列外腔反射镜由于外界环境扰动及固定角锥阵列外腔反射镜器件老化的原因导致光路发生偏折时，仍然有反射光沿原光路返回形成激光，进一步提高基于角锥阵列外腔反射镜法拉第激光器的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：