[发明专利]晶体光纤激光器及其制作方法

说明书

本发明属于激光技术、光纤通讯和光纤传感领域。

现代科学技术的发展对功能器件的小型化、纤维化的要求越来越高。光纤激光器在激光技术、光纤通讯和光纤传感领域中有重要的应用。晶体光纤激光器由于具有激光谱线窄、阈值泵浦功率低、工作波长随温度变化小、光斑小、光束质量高、与普通光纤耦合效率高、可获更大的峰值功率、体积小等优点，因而受到各国科学家们的重视，成为一种被各国重点研究的器件。在激光技术、光纤通讯、光纤传感、非线性光学、激光医疗等领域的实际应用中，经常需要能产生线偏振激光的晶体光纤激光器。但至今已见报导的晶体光纤激光器还不能满足实际应用的这种要求。

其一为C.A.Burrus和J，Stone研制成功的Nd：YAG单晶光纤激光器（C.A.Burrus    and    J.stone.Single-crystal    fiber    optical    devices：A    Nd：YAG    Fiber    Applied    Physics    Letters，Vol.26，No.6，15    Mach    1975）。它的基本结构如图1所示。它主要由泵浦光源（1）、聚焦系统（2）、激光谐振腔的输入反射镜（3）和输出反射镜（5）、激光晶体光纤（4）、折射率匹配液（6）（Methylene    iodide）组成。由泵浦光源（1）发出的泵浦光经过聚焦系统（2）聚焦后，再经过折射率匹配液（6）和激光谐振腔输入端反射镜（3）后耦合到激光晶体光纤（4）的内部。折射率匹配液（6）的作用是降低激光腔内损耗。当泵浦光功率超过阈值泵浦功率后，在激光谐振腔输出反射镜（5）一端可以得到激光输出。

其二为J.L.Nightingle等研制的整体式Nd：YAG晶体光纤激光器（J.L    Nightingle    and    R.L.Bayer，Monolithic    Nd：YAG    Fiber    Laser，Lett.Vol.7，No.7，437.1986）。它的基本结构如图2所示。它主要由泵浦光源（1）、聚焦系统（2）、激光揩振腔的输入反射镜（3）和输出反射镜（5）、激光晶体光纤（4）组成。由泵浦光源（1）发出的泵浦光经过聚焦系统（2）聚焦后、经过激光谐振腔输入端反射镜（3）耦合到激光晶体光纤（4）的内部。当泵浦光功率超过泵浦阈值功率后，在激光谐振腔输出反射镜（5）一端可以得到激光输出。这种器件由于激光谐振腔的两面反射镜都直接做在晶体光纤上，因此它的性能更好、工作更稳定。

上述两种器件采用的激光工作物质都是YAG晶体光纤。YAG晶体属立方晶系，其端面加工一般可采用热胀系数匹配的玻璃包层等办法行进。即把YAG晶体放在熔化的玻璃体中间，待冷却后再进行晶体端面的研磨和抛光加工。由于YAG晶体属各向同性物质，一般都不能产生线偏振激光。虽然采用施加外力等方法可以产生线偏振激光，但这种器件的性能不稳定。上述这些器件结构简单，但由于激光腔内没有色散元件和调Q元件，因而不能进行激光工作模式（纵模）选择，也不能得到大的峰值功率。

本发明的目的是为克服上述光纤激光器的不足之处，提出一种新型晶体光纤激光器，不但具有晶体光纤激光器的优点，而且不需采取附加措施就能输出线偏振光，模式可选择并可获得大的峰值功率等优点，以适应各种应用的要求。

本发明由泵浦光源、晶体光纤和位于所说的晶体光纤两端的两面反射镜组成的激光谐振腔所构成，其特征在于所说的晶体光纤为YAP晶体光纤。YAP晶体光纤的侧表面和这两面反射镜组成激光谐振腔，由泵浦光源发出的光经过输入端反射镜后进行YAP晶体光纤。当泵浦光功率超过_值泵浦功率后，在激光谐振腔输出反射镜一端可以得到线偏振激光输出。

YAP晶体是一种性能优异的激光晶体，其组成为YALO₃，属于正交晶系，是畸变的钙钛矿结构。空间群是D¹⁶_2n-P_nma。这种较弱的空间对称性使它的物理性能具有很强的各项异性，沿a、b轴生成而成的YAB晶纤则可以产生线偏振激光。YAP晶体光纤是由本发明人研制的新型晶体光纤系列。用作激光器的晶体光纤一般直径为10～500μm，长度为2～10mm。

本发明提出的新型晶体光纤激光器和已有的晶体光纤激光器相比较有如下优点：

1、YAP系列晶体光纤激光器的输出为线偏振光。我们用YAP晶体光纤制成的晶体光纤激光器得到线偏振激光的偏振度已经大于99.7%。这正是许多科学研究和实际应用要求的。