一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器制造技术

一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器，涉及固体激光器领域。本发明专利技术是为了解决高功率单纵模2μm固体激光器容易受到干扰而导致腔镜失谐的问题。本发明专利技术一号角锥棱镜和二号角锥棱镜共同构成环形谐振腔，泵浦光通过二号偏振片入射至激光晶体中，被激光晶体吸收的泵浦光在激光晶体内产生偏振光，偏振光经一号偏振片透射至一号角锥棱镜中，并在一号角锥棱镜中形成椭圆偏振态的一号出射光，一号出射光经旋光器后入射至波片，经波片形成椭圆偏振态的二号出射光，二号出射光通过F‑P标准具透射至二号角锥棱镜中，并在二号角锥棱镜中形成三号出射光，三号出射光中的垂直分量通过二号偏振片反射至环形谐振腔外，作为激光器的输出激光。

【技术实现步骤摘要】
一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器
本专利技术属于固体激光器
，尤其涉及2μm固体激光器。
技术介绍
2μm固体激光器其输出波长处于人眼安全波段，涵盖了水分子和二氧化碳的吸收峰，并且具有大气传输损耗小的特点，单频输出的2μm固体激光器具有相干性好、谱线宽度窄、光束质量好等特点，应用需求广泛，如多普勒相干测风激光雷达、激光成像雷达和差分吸收激光雷达。高功率单纵模2μm激光器目前的实现方式主要是利用非平面环形腔技术，激光晶体限制为各向同性晶体，不适合于各向异性激光晶体，并且对激光晶体切割角度与加工精度要求极高，激光器波长的调谐范围也十分有限。环形腔单向的方式是获得高功率单纵模激光输出的另一种方式，在2μm波段激光器，主要是依靠腔内加入声光Q和波片来实现单向输出，消除腔内驻波效应及空间烧孔效应，从而获得单纵模。但是声光Q和波片的调节需要十分精细，并且很难实现波长的调谐功能。激光器采用普通的腔镜，极易由于振动、环境温度变化、气流的扰动等而产生腔镜失谐，腔镜失谐角只要达到角秒量级，就会导致激光器输出模式不稳，输出功率下降，使得单纵模2μm固体激光器很难有效地运用在各项应用中。因此，如何提高单纵模2μm固体激光器的抗干扰能力，就成为单纵模2μm固体激光器实现工程化应用的研究重点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决高功率单纵模2μm固体激光器容易受到干扰而导致腔镜失谐的问题，现提供一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器。一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器，其特征在于，包括：激光晶体1、一号偏振片2、一号角锥棱镜3、旋光器4、波片5、F-P标准具6、二号角锥棱镜7和二号偏振片8；一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜7的入射面相对呈旋转对称设置，一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜7共同构成环形谐振腔，激光晶体1、一号偏振片2、旋光器4、波片5、F-P标准具6和二号偏振片8均位于环形谐振腔内；泵浦光以45°入射角入射至二号偏振片8，二号偏振片8将泵浦光反射至激光晶体1中，未被激光晶体1吸收的泵浦光通过一号偏振片2输出至环形谐振腔外，被激光晶体1吸收的泵浦光在激光晶体1的抽运下产生偏振光，偏振光经一号偏振片2透射至一号角锥棱镜3中，并在一号角锥棱镜3中经过三次全内反射形成椭圆偏振态的一号出射光，一号出射光经旋光器4将偏振方向左旋45°后入射至波片5，经波片5形成椭圆偏振态的二号出射光，二号出射光通过F-P标准具6改变波长后透射至二号角锥棱镜7中，并在二号角锥棱镜7中经过三次内全反射形成三号出射光，三号出射光中的垂直分量通过二号偏振片8反射至环形谐振腔外，作为激光器的输出激光。本专利技术采用双角锥环形谐振腔，考虑到角锥棱镜的退偏效应，两个角锥旋转对称放置，腔内加入旋光器和波片，利用旋光器的非互易性，二号偏振片作为激光器输出镜，实现单向输出线偏振高功率单纵模激光。腔内加入F-P标准具可以实现激光器波长的宽范围调谐，调谐范围即为F-P标准具的自由光谱区，此结构提高了高功率可调谐单纵模2μm固体激光器的抗干扰能力与单纵模的稳定性，双角锥谐振腔抗失谐角可以提高至度量级，而普通非角锥腔腔镜失谐角只有秒量级。由于入射角锥棱镜的光和出射角锥棱镜的光始终反向平行，因此角锥谐振腔具有自准直功能，既可以实现激光输出对腔镜失谐的不敏感，甚至在角锥棱镜失谐十几度的情况下，激光器仍然能够稳定工作并且输出功率变化很小，激光输出单纵模稳定性好，提高了抗干扰能力，和普通直腔相比，可以在相同腔长情况下，缩小激光器体积。附图说明图1为光在角锥棱镜内经过三次全反射的示意图；图2为一号角锥棱镜和二号角锥棱镜设置的示意图，(a)为主视图，(b)为侧视图；图3为本专利技术所述的一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器的示意图。具体实施方式本实施方式所述的一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器，如图3所示，一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜7的入射面相对呈旋转对称设置，一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜7共同构成环形谐振腔，增加了激光器谐振腔腔长，提高了激光器稳定性，腔内加入旋光器和波片，保证激光器工作在单纵模运转状态，以助于获得更窄的光谱线宽输出。激光晶体1、一号偏振片2、旋光器4、波片5、F-P标准具6和二号偏振片8均位于环形谐振腔内。上述激光晶体1采用增益较高的单掺钬晶体以保证获得较高功率的2μm激光输出，具体为Ho:YLF晶体(掺钬氟化钇锂晶体)，掺杂浓度为0.5％，尺寸为4×4×20mm3，表面镀有透光波长为1.9μm-2.1μm的高透膜；波片5为二分之一波片；一号偏振片2和二号偏振片8表面镀有1.9μm泵浦光、2.1μms光高反膜和p光高透膜；一号角锥棱镜3和二号角锥棱镜7材料为JGS3或康宁7979玻璃等类似的对1.9μm-2.1μm波段透过率高、吸收小的材料；1.9μm泵浦光以45°入射角入射至二号偏振片8，二号偏振片8将泵浦光反射至Ho:YLF晶体中，未被激光晶体1吸收的泵浦光通过一号偏振片2输出至环形谐振腔外，被激光晶体1吸收的泵浦光在激光晶体1的抽运下产生两束方向相反的偏振光。一束偏振光经一号偏振片2透射至一号角锥棱镜3中，并在一号角锥棱镜3中经过三次全内反射形成椭圆偏振态的一号出射光，一号角锥棱镜3的入射光和出射光平行，如图1和2所示，O1为角锥棱镜的顶点，O1A1、O1B1和O1C1分别为角锥的三条棱边，X、Y和Z分别为三次反射的反射点。一号出射光经旋光器4将偏振方向左旋45°后入射至波片5，经波片5形成椭圆偏振态的二号出射光，旋光器4和波片5，来保证腔内两个相反方向传输的振荡光具有最大的损耗差，来实现稳定的单纵模激光输出。二号出射光通过F-P标准具6改变波长后透射至二号角锥棱镜7中，并在二号角锥棱镜7中经过三次内全反射形成三号出射光。三号出射光为水平分量很大的椭圆偏振光，通过偏振片8后，大部分水平偏振光继续在环形谐振腔内振荡，三号出射光中的垂直分量通过二号偏振片8反射至环形谐振腔外，作为激光器的输出激光。实际操作时通过改变F-P标准具6的角度，可以实现波长的调谐，调谐范围大约是标准具的自由光谱范围。双角锥棱镜谐振腔还可做成一体，形成具有极稳定的高功率可调谐单纵模输出2μm固体激光器。激光晶体1输出的另一束偏振光经二号偏振片8透射至二号角锥棱镜7中，并在二号角锥棱镜7中经过三次内全反射形成椭圆偏振态的四号出射光，四号出射光依次经过F-P标准具6、二分之一波片5和旋光器4形成偏振方向垂直于四号出射光的五号出射光，五号出射光在一号角锥棱镜3中经过三次全内反射形成六号出射光，六号出射光为垂直分量很大的椭圆偏振光，偏振片2镀有对2μm水平光高透垂直光高反膜，因此，垂直分量很大的椭圆偏振光中的垂直分量光由偏振片2反射出谐振腔。六号出射光中的垂直分量通过一号偏振片2反射至环形谐振腔外，偏振片2相当于一个透过率很大的输出镜，仅有少量水平偏振光能透过偏振片2，此部分水平偏振光达不到谐振腔阈值，因此，沿着顺时针方向传输的偏振光在谐振腔内无法起振，形成不了激光输出。综上，在环形谐振腔中可实现单向运转，单向输出单纵模激光。本专利技术采用双角锥环形谐振腔，腔内加入旋光器和波片，来实现激光器单纵模输出。整个激光器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器，其特征在于，包括：激光晶体(1)、一号偏振片(2)、一号角锥棱镜(3)、旋光器(4)、波片(5)、F‑P标准具(6)、二号角锥棱镜(7)和二号偏振片(8)；一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(7)的入射面相对呈旋转对称设置，一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(7)共同构成环形谐振腔，激光晶体(1)、一号偏振片(2)、旋光器(4)、波片(5)、F‑P标准具(6)和二号偏振片(8)均位于环形谐振腔内；泵浦光以45°入射角入射至二号偏振片(8)，二号偏振片(8)将泵浦光反射至激光晶体(1)中，未被激光晶体(1)吸收的泵浦光通过一号偏振片(2)输出至环形谐振腔外，被激光晶体(1)吸收的泵浦光在激光晶体(1)的抽运下产生偏振光，偏振光经一号偏振片(2)透射至一号角锥棱镜(3)中，并在一号角锥棱镜(3)中经过三次全内反射形成椭圆偏振态的一号出射光，一号出射光经旋光器(4)将偏振方向左旋45°后入射至波片(5)，经波片(5)形成椭圆偏振态的二号出射光，二号出射光通过F‑P标准具(6)改变波长后透射至二号角锥棱镜(7)中，并在二号角锥棱镜(7)中经过三次内全反射形成三号出射光，三号出射光中的垂直分量通过二号偏振片(8)反射至环形谐振腔外，作为激光器的输出激光。...

【技术特征摘要】
1.一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器，其特征在于，包括：激光晶体(1)、一号偏振片(2)、一号角锥棱镜(3)、旋光器(4)、波片(5)、F-P标准具(6)、二号角锥棱镜(7)和二号偏振片(8)；一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(7)的入射面相对呈旋转对称设置，一号角锥棱镜(3)和二号角锥棱镜(7)共同构成环形谐振腔，激光晶体(1)、一号偏振片(2)、旋光器(4)、波片(5)、F-P标准具(6)和二号偏振片(8)均位于环形谐振腔内；泵浦光以45°入射角入射至二号偏振片(8)，二号偏振片(8)将泵浦光反射至激光晶体(1)中，未被激光晶体(1)吸收的泵浦光通过一号偏振片(2)输出至环形谐振腔外，被激光晶体(1)吸收的泵浦光在激光晶体(1)的抽运下产生偏振光，偏振光经一号偏振片(2)透射至一号角锥棱镜(3)中，并在一号角锥棱镜(3)中经过三次全内反射形成椭圆偏振态的一号出射光，一号出射光经旋光器(4)将偏振方向左旋45°后入射至波片(5)，经波片(5)形成椭圆偏振态的二号出射光，二号出射光通过F-P标准具(6)改变波长后透射至二号角锥棱镜(7)中，并在二号角锥棱镜(7)中经过三次内全反射形成三号出射光，三号出射光中的垂直分量通过二号偏振片(8)反射至环形谐振腔外，作为激光器的输出激光。2.根据权利要求1所述的一种基于旋光效应的高功率可调谐2μm单频双角锥腔激光器，其特征在于，激光晶...

【专利技术属性】
技术研发人员：鞠有伦，戴通宇，吴婧，王云鹏，张振国，姚宝权，王月珠，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23