基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，包括泵浦源、位于泵浦源出射光路上的光束耦合系统和位于光束耦合系统出射光路上的激光谐振腔；激光谐振腔内设有与主光路成一定夹角的双折射标准具；双折射标准具的反射光路上依次设有平面反射镜、第一透镜、四分之一波片和偏振分束器；偏振分束器的反射光路上设有第二透镜和第一光电探测器；偏振分束器的透射光路上设有第三透镜和第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器的输出端连接伺服控制器；伺服控制器的信号输出端连接振镜电机；双折射标准具粘接在振镜电机的转轴上。本发明专利技术能够避免额外调制信号对激光器噪声特性的影响，实现低噪声的可调谐钛宝石激光器。

【技术实现步骤摘要】
基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器
本专利技术涉及钛宝石激光器
，特别是涉及一种基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器。
技术介绍
基于掺钛蓝宝石晶体研制而成的单频连续波可调谐钛宝石激光器具有强度噪声低、稳定性高、光束质量好且输出激光光谱范围可覆盖钾、铷、铯等碱金属原子的跃迁吸收线(700nm-1000nm的红光和近红外波段)等优良特性，因此被广泛应用于基于原子的冷原子物理及量子光学等科学研究领域。在这些基于原子的研究领域，往往需要精确调节激光器的输出频率，使其与原子跃迁吸收线精确匹配，这就需要钛宝石激光器具有一定的频率连续调谐能力。为了实现钛宝石激光器的连续调谐，通常需要将激光器谐振腔内的标准具与激光谐振腔的振荡模实时锁定在一起并连续扫描谐振腔的腔长。锁定标准具最常用的方法是基于压电陶瓷驱动的调制锁定方法。在这种方法中，标准具锁定的实施方式是：将薄片标准具粘贴在一个安装于支架上的压电陶瓷上，支架固定在振镜电机的转轴上，通过给压电陶瓷施加调制信号使标准具产生微小角度的振动，利用光电探测器探测其反射光信号并转换成电信号，与本地振荡信号混频产生误差信号，控制振镜电机的转轴旋转来控制标准具的角度。在这种锁定装置中，为得到较好的误差信号，施加的调制信号的频率需固定在压电陶瓷的固有频率处，这一调制信号增大了激光器在对应频率处的强度噪声，从而影响激光器在这一频段处的强度噪声的抑制，限制了该类型激光器在精密测量等领域的应用。另外一种实现标准具锁定的方法是基于电光标准具的调制锁定方法，在该方法中，腔内插入的标准具由电光晶体材料制成，调制信号通过电场形式施加在晶体上，利用晶体的电光效应对腔内光场进行调制，利用光电探测器探测这一调制信号，并与本地振荡信号混频产生误差信号，控制旋转振镜电机的转轴来控制标准具的角度，实现标准具的锁定。在这种锁定方式中，由于晶体电光效应与调制信号频率无关，因此，调制信号的频率可以任意选取，通过改变调制信号的频率即可实现对激光器强度噪声的操控。然而，调制信号的存在依然会引入额外的噪声，对后续实验系统产生影响。除了调制锁定标准具的方法外，通过在谐振腔内引入非线性损耗，利用非线性损耗对腔内次振荡模的抑制能力也可以实现钛宝石激光器的频率连续调谐。这种方法不需要调制锁定标准具，因此激光器系统中不存在调制信号的影响，而且在非线性损耗的作用下，激光器低频段强度噪声得到了一定程度降低。然而受到非线性晶体接受带宽的限制，钛宝石激光器只能在特定的频段内实现这一功能，无法覆盖钛宝石激光器的输出光谱范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有连续可调谐钛宝石激光器中存在的缺陷，提供一种基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，能够基于无调制锁定标准具方法实现低噪声且宽波段范围内均可连续调谐。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，包括泵浦源1、位于所述泵浦源1出射光路上的光束耦合系统2以及位于所述光束耦合系统2出射光路上的激光谐振腔3；所述激光谐振腔3内设有与主光路成一定夹角的双折射标准具7；所述双折射标准具7的反射光路上依次设有平面反射镜8、第一透镜9、四分之一波片10和偏振分束器11；所述偏振分束器11的反射光路上设有第二透镜12和第一光电探测器13；所述偏振分束器11的透射光路上设有第三透镜14和第二光电探测器15；所述第一光电探测器13和第二光电探测器15的输出端连接在伺服控制器16上；所述伺服控制器16的信号输出端连接有振镜电机17；所述双折射标准具7粘接在所述振镜电机17的转轴上。可选的，所述激光谐振腔3采用四镜环形激光谐振腔结构。可选的，所述激光谐振腔3包括第一平凹镜31、第二平凹镜32、第一平面镜33和第二平面镜34；所述第一平凹镜31和第二平凹镜32之间的光路上设有增益介质钛宝石晶体4，所述第二平凹镜32和第一平面镜33之间的光路上设有双折射滤波片5，所述第一平凹镜31和第二平面镜34之间的光路上设有光学单向器6，所述第一平面镜33上粘接有压电陶瓷18。可选的，所述双折射标准具7为沿光轴方向即z方向切割并加工成两通光面即x-o-z面平行的薄片双折射晶体，所述双折射标准具7入射光偏振方向与晶体x轴之间的夹角为2°～3°。可选的，所述第一透镜9的焦点设定在所述双折射标准具7的反射点处；所述第二透镜12的焦点设定在所述第一光电探测器13的有效接收面上；所述第三透镜14的焦点设定在所述第二光电探测器15的有效接收面上。可选的，所述伺服控制器16包括加减法电路、除法电路和PI控制电路。可选的，所述双折射晶体为铌酸锂晶体、钽酸锂晶体或石英晶体。可选的，所述泵浦源1为532nm全固态连续波激光器、520nm半导体激光二极管或450nm半导体激光二极管。可选的，所述泵浦源1的泵浦方式为端面泵浦。可选的，所述增益介质钛宝石晶体4是加工成两通光面平行的光学晶体或是以布儒斯特角放置在光路中的光学晶体。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术通过采用双折射标准具获得了一种结构简单、可稳定运转并且在宽波段可调谐范围内均可实现连续调谐的低噪声单频连续波可调谐钛宝石激光器。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术提供的基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器结构示意图；图2为本专利技术单频连续波可调谐钛宝石激光器中双折射标准具的晶体切割方式及入射光线偏振方向示意图；图3为本专利技术单频连续波可调谐钛宝石激光器在780nm附近连续调谐的实验结果；符号说明：1-泵浦源、2-光束耦合系统、3-激光谐振腔、4-增益介质钛宝石晶体、5-双折射滤波片、6-宽带光学单向器、7-双折射标准具、8-平面反射镜、9-第一透镜、10-四分之一波片、11-偏振分束器、12-第二透镜、13-第一光电探测器、14-第三透镜、15-第二光电探测器、16-伺服控制器、17-振镜电机、18-压电陶瓷、31-第一平凹镜、32-第二平凹镜、33-第一平面镜、34-第二平面镜、61-磁致旋光晶体、62-自然旋光晶体、71-入射光束的偏振方向、72-双折射标准具的反射光、73-入射光束传播方向、74-晶体z轴方向、75-晶体x轴方向、76-晶体y轴方向、77-次偏振分量、78-夹角、79-主偏振分量。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。...

【技术保护点】
1.一种基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，其特征在于，包括泵浦源(1)、位于所述泵浦源(1)出射光路上的光束耦合系统(2)以及位于所述光束耦合系统(2)出射光路上的激光谐振腔(3)；所述激光谐振腔(3)内设有与主光路成一定夹角的双折射标准具(7)；所述双折射标准具(7)的反射光路上依次设有平面反射镜(8)、第一透镜(9)、四分之一波片(10)和偏振分束器(11)；所述偏振分束器(11)的反射光路上设有第二透镜(12)和第一光电探测器(13)；所述偏振分束器(11)的透射光路上设有第三透镜(14)和第二光电探测器(15)；所述第一光电探测器(13)和第二光电探测器(15)的输出端连接在伺服控制器(16)上；所述伺服控制器(16)的信号输出端连接有振镜电机(17)；所述双折射标准具(7)粘接在所述振镜电机(17)的转轴上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，其特征在于，包括泵浦源(1)、位于所述泵浦源(1)出射光路上的光束耦合系统(2)以及位于所述光束耦合系统(2)出射光路上的激光谐振腔(3)；所述激光谐振腔(3)内设有与主光路成一定夹角的双折射标准具(7)；所述双折射标准具(7)的反射光路上依次设有平面反射镜(8)、第一透镜(9)、四分之一波片(10)和偏振分束器(11)；所述偏振分束器(11)的反射光路上设有第二透镜(12)和第一光电探测器(13)；所述偏振分束器(11)的透射光路上设有第三透镜(14)和第二光电探测器(15)；所述第一光电探测器(13)和第二光电探测器(15)的输出端连接在伺服控制器(16)上；所述伺服控制器(16)的信号输出端连接有振镜电机(17)；所述双折射标准具(7)粘接在所述振镜电机(17)的转轴上。


2.根据权利要求1所述的基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，其特征在于，所述激光谐振腔(3)采用四镜环形激光谐振腔结构。


3.根据权利要求1或2所述的基于双折射标准具锁定的单频连续波可调谐钛宝石激光器，其特征在于，所述激光谐振腔(3)包括第一平凹镜(31)、第二平凹镜(32)、第一平面镜(33)和第二平面镜(34)；所述第一平凹镜(31)和第二平凹镜(32)之间的光路上设有增益介质钛宝石晶体(4)，所述第二平凹镜(32)和第一平面镜(33)之间的光路上设有双折射滤波片(5)，所述第一平凹镜(31)和第二平面镜(34)之间的光路上设有光学单向器(6)，所述第一平面镜(33)上粘接有压电陶瓷(18)。


4.根据权利要求1所述的基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳丕铦，卢华东，苏静，彭堃墀，
申请(专利权)人：山西大学，
类型：发明
国别省市：山西;14