一种易于集成的波长可调谐固体激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种易于集成的波长可调谐固体激光器。该激光器依次包括泵浦源、光学耦合系统、输入镜、增益介质、输出镜，其中，所述输出镜是有不同透过率区域的透过率可变输出镜，一驱动装置带动所述输出镜运动至所述不同透过率区域，实现输出镜透过率的调整，所述输出镜透过率是输出镜对输出激光波长的透过率，通过调整输出镜透过率实现激光波长可调谐输出。本发明专利技术利用激光振荡过程中的再吸收效应，结合增益材料的宽增益谱通过改变输出镜的透过率实现激光波长的调谐输出，无需利用其它波长调制光学元件，具有结构简单、操作方便、激光效率高、便于集成等特点。

A wavelength tunable solid laser for easy integration

The invention relates to a wavelength tunable solid laser which is easy to integrate. The laser comprises a pumping source, an optical coupling system, input mirror, gain medium and output mirror, wherein the output mirror transmittance is different region transmittance variable output mirror, a driving device driving the output mirror movement to the different transmittance area, the output mirror transmittance adjustment and the output mirror transmittance is the transmittance of the output mirror on the laser output wavelength, by adjusting the output wavelength of the laser mirror rate through tunable output. Then the absorption effect of laser oscillation in the process of the invention, with wide material gain spectrum by transmittance tunable laser output wavelength change of the output mirror, without using other wavelength modulation optical element, has the advantages of simple structure, convenient operation, high efficiency, easy integration and laser.

【技术实现步骤摘要】
一种易于集成的波长可调谐固体激光器
本专利技术涉及一种易于集成的波长可调谐固体激光器，属于激光

技术介绍
波长可调谐激光器是光通信网络与系统的关键器件。可调谐激光器可以实现通信设备小型化、多功能、集成化、低功耗，并有扩展网络灵活性、控制流量、减少备用激光器数量、降低成本等优点。在提供精确光波长标准、充分利用全部光纤带宽、提高网络容量和效率、提高系统功能性等方面有着重要应用价值。目前波长可调谐激光器主要分为两大类：第一类是通过在激光腔内加入选纵膜的光学元件，通过对光学元件的调制来实现不同纵模激光的输出。比较常用的光学元件有衍射光栅、体布拉格光栅、标准具、棱镜等机械调整式，以及电光器件、磁光器件、声光器件等物理学方式。例如，CN104201553A通过了一种双波长可调谐固体激光器，包括泵浦源和谐振腔，所述谐振腔包括后腔镜、固体激光介质、偏振器、第一利特曼光栅结构和第二利特曼光栅结构；所述激光经偏振器后分为水平偏振方向和竖直偏振方向射出，在所述水平偏振方向设置有第一利特曼光栅结构；在所述垂直偏振方向设置有二分之一波片和第二利特曼光栅结构。该激光器两个波长可以独立的调谐。再如，CN105470799A公开了一种利用双F-P标准具调谐固体激光器输出波长的方法，包括厚标准具A及薄标准具B，采用双F-P标准具结构，通过改变两个F-P标准具的厚度、材料、角度，达到固体激光器输出波长可调谐的目的。该类波长调谐激光器因为需要额外加设光学选模元件，会增加器件成本，同时插入的光学元件不可避免的会引入插入损耗，降低激光效率。不利于集成。第二类波长可调谐激光器是通过改变激光器外界环境，例如温度、压强等来改变激光增益介质激活离子的玻尔兹曼能级分布活着改变光栅的发射特性，从而实现输出激光波长的变化。例如CN102668419A提供了一种用于调整光网络元件的可调谐激光器的方法和装置，其中通过相对于环境温度改变可调谐激光器或者其至少一部分的温度调整可调谐激光器的波长。该类激光器对外界环境依赖性比较大，控制难度大、成本较高且稳定性也有待提高。
技术实现思路
针对现有技术波长可调谐激光器的不足及技术缺陷，本专利技术提供了一种易于集成的波长可调谐固体激光器；尤其是一种基于输出镜透过率调节实现波长可调谐输出的激光器。该激光器通过调整输出镜透过率实现激光波长可调谐输出，具有调谐速度快、稳定性高等特点。术语说明：透过率，简写通用表示为T。透过率之差，简写通用表示为ΔT。透过率变化范围，是指在一个输出镜上，最小透过率区域的透过率和最大透过率区域的透过率的数值范围，例如最小透过率为1％，最大透过率为50％，中间还有若干不同的透过率区域，则该输出镜上全部区域的透过率变化范围为1％-50％。该透过率变化范围也即可调谐范围。Ho:LuAG：Ho:Lu3Al5O12的通用简写；Tm:LuYAG：Tm:(LuxY1-x)3Al5O12的通用简写，其中x＝0.1-0.9。本专利技术的技术方案如下：一种波长可调谐固体激光器，依次包括泵浦源、光学耦合系统、输入镜、增益介质、输出镜，其中，所述输出镜是有不同透过率区域的透过率可变输出镜，一驱动装置带动所述输出镜运动至所述不同透过率区域，实现输出镜透过率的调整，所述输出镜透过率是输出镜对输出激光波长的透过率，通过调整输出镜透过率实现激光波长可调谐输出。根据本专利技术优选的，所述输出镜为平面镜。根据本专利技术优选的，所述输出镜不同透过率区域的透过率变化范围为1％-50％；进一步优选为1％-20％。根据本专利技术优选的，所述的输出镜不同透过率区域数n≥2，进一步优选的，所述的输出镜不同透过率区域数n＝3-10。根据本专利技术优选的，所述输出镜为圆形，所述的输出镜不同透过率区域围绕输出镜中心等角度分布在输出镜镜面上。此时形成的不同透过率区域是扇形区域。进一步优选，所述输出镜不同透过率区域的两相邻区域的透过率之差为ΔT＝0.5％-10％，特别优选为ΔT＝3％或5％。根据本专利技术优选的，所述输出镜为圆形时，所述的驱动装置为可360°旋转的旋转器，旋转间隔角度为360°/n，其中n为输出镜不同透过率区域数目。所述的输出镜不同透过率区域的分布角度与旋转器的旋转间隔角度相适配。一个优选的方案是，所述旋转器为光学马达。根据本专利技术优选的，所述输出镜为圆形，所述输出镜靠近中心的位置设有2-4个孔，以使输出镜固定到驱动装置上。所述输出镜与驱动装置接触区域的面积与输出镜的面积相差越大越好，尽量减小输出镜被遮挡的区域。一种优选的方案是，所述输出镜直径为Ф60～90mm，所述输出镜与驱动装置接触区域的直径为20～40mm。根据本专利技术，另一种实施方案为，所述输出镜为方形，所述的输出镜不同透过率区域等间距平行分布在输出镜镜面上。此时形成的不同透过率区域是条形区域。相应地，此时所述的驱动装置为使输出镜上下移动的机构。例如，将方形输出镜上下边固定于拉动杆上。根据本专利技术优选的，所述输出镜是通过不同透过率的镜片粘合而成，或者在镜面上分区域镀以不同透过率的膜。所述输出镜直径为Ф60～90mm。根据本专利技术优选的，所述的增益介质为具有宽带发射谱的掺杂型激光材料。优选为增益带宽≥10nm的掺杂型激光材料；所述增益材料中激活离子的能级结构为二能级激光系统或准三能级系统，且掺杂离子具有宽带(≥10nm)增益发射特性，其可以是Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+中的一种，或者是过渡金属离子Ti3+、Cr2+、Fe2+中的一种。进一步优选Tm3+离子的3F4→3H6能级掺杂型激光材料，Ho3+离子的5I7→5I8能级掺杂型激光材料。优选的方案为：1-3at.％Ho3+掺杂的Ho:LuAG陶瓷作为增益介质，或者3-5at.％Tm3+掺杂的Tm:LuYAG晶体作为增益介质。所述增益介质两通光端面只抛光或镀以对泵浦光和输出光的增透膜，透过率≥90％，优选透过率为99.5％。根据本专利技术，所述增益介质为圆柱体或长方体，长度方向为通光方向，通光方向长度为1-50mm；为减小谐振腔长度及可调谐激光器整体体积，增益介质的通光方向长度优选为10-20mm。根据本专利技术优选的，所述泵浦源为半导体激光二极管(LD)、全固态激光器(SSL)或光纤激光器(FL)。所述泵浦源波长优选为增益介质的吸收峰波长。根据本专利技术优选的，所述的光学耦合系统包括两个构成开普勒望远镜系统的透镜，双透镜对泵浦光实现缩束或扩束以便使泵浦光与激光达到模式匹配。进一步优选的，以上所述的光学耦合系统所用的双透镜镀以对泵浦光的增透膜，透过率≥90％，优选99％。本专利技术中，所述的输入镜与输出镜构成光学谐振腔。优选的，所述的输入镜是平面镜或者凹面镜，在泵浦光入射面镀以对泵浦光高透的介质膜，透过率≥90％，优选≥95％；同时在输入镜另一侧镀以对输出激光波长≥99％的反射膜，特别优选反射膜对输出激光波长的反射率为99.5％。本专利技术的技术特点及优良效果：本专利技术的技术特点主要在于，用一个输入镜、一个增益介质、一个透过率可调节的输出镜和一个旋转器实现波长可调谐的激光输出。其原理是在不同透过率下，激光腔内的激光功率密度不同，则在二能级激光系统或准三能级激光系统的增益材料中对应的再吸收效应不同。在低透过率情况下，腔内功率密度大，再吸收效应严重，则发射的激光被吸收后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波长可调谐固体激光器，依次包括泵浦源、光学耦合系统、输入镜、增益介质、输出镜，其中，所述输出镜是有不同透过率区域的透过率可变输出镜，一驱动装置带动所述输出镜运动至所述不同透过率区域，实现输出镜透过率的调整，所述输出镜透过率是输出镜对输出激光波长的透过率，通过调整输出镜透过率实现激光波长可调谐输出。

【技术特征摘要】
1.一种波长可调谐固体激光器，依次包括泵浦源、光学耦合系统、输入镜、增益介质、输出镜，其中，所述输出镜是有不同透过率区域的透过率可变输出镜，一驱动装置带动所述输出镜运动至所述不同透过率区域，实现输出镜透过率的调整，所述输出镜透过率是输出镜对输出激光波长的透过率，通过调整输出镜透过率实现激光波长可调谐输出。2.如权利要求1所述的波长可调谐固体激光器，其特征在于所述输出镜不同透过率区域的透过率变化范围为1％-50％；优选为1％-20％。3.如权利要求1所述的波长可调谐固体激光器，其特征在于所述的输出镜不同透过率区域数n≥2，进一步优选的，所述的输出镜不同透过率区域数n＝3-10。4.如权利要求1所述的波长可调谐固体激光器，其特征在于所述激光介质是具有二能级系统或准三能级系统离子掺杂的激光增益介质，其增益发射谱谱宽≥10nm；优选的，掺杂离子选自稀土离子Yb3+、Er3+、Tm3+、Ho3+中的一种，或者是过渡金属离子Ti3+、Cr2+、Fe2+中的一种；进一步优选的，所述激光介质是Tm3+离子的3F4→3H6能级掺杂型激光材料或Ho3+离子的5I7→5I8能级掺杂型激光材料。5.如权利要求1所述的波长可调谐固体激光器，其特征在于，所述激光介质为圆柱体或长方体，通光方向长度为10-20mm；优选的，所述激光介...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永光，沈德元，夏慧婷，邵振华，沈崇丰，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32