一种光学系统包括二极管泵浦源，以及由各向异性吸收材料制成的增益介质。该增益介质按某个角度切割以产生基本不依赖偏振的泵浦光束吸收。光学耦合器放置在二极管泵浦源和增益介质之间。该光学耦合器产生一束在增益介质中沿着与泵浦光束正交的任意两个正交轴具有基本相等泵浦功率的泵浦光束。泵浦源所允许的波长范围被展宽。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及端泵浦的固体激光器和放大器，更具体地说，本专利技术涉及一种其性能基本上不依赖泵浦光束的偏振或波长的光学系统。
技术介绍
激光器作用通常需要激光激活材料以及泵浦所述介质的手段。更为重要的是固体激光器，其中增益介质是固体；通常是掺杂了激光激活离子的晶体或玻璃，并且用适当波长的光对此材料进行光学泵浦。固体增益介质常常显示出泵浦光吸收的偏振依赖性，这对于偏振泵浦光束尤其重要，诸如这些从其他激光器获得的偏振泵浦光束，例如激光二极管。通常，如果进入晶体的光允许是非偏振的，泵浦光束的传输光学件可以简化。采用长光纤传输泵浦光束的光纤耦合泵浦是这方面的一个例子。而且，偏振复用是一种通过将两束正交偏振的泵浦光束合成为一束光以增加泵浦光束亮度的吸引人的方法。在某些情况中，包括多数薄盘激光系统，泵浦光在单次通过中不会被吸收，但是它会多次通过激光晶体，这样在各次通过之间泵浦光的偏振会旋转。因此，入射到晶体上的泵浦光的综合偏振本质上可以是非偏振的。可是，固体激光器常常被设计为要求线偏振泵浦光，例如，由于激光晶体是以布鲁斯特角(Brewster’s angle)切割的或者由于它的吸收光谱强烈地依赖于偏振。后一情况通常是针对利用增益材料具有最强吸收的波长和偏振态的要求考虑的。对于实际激光器，这常常要求非常精确地控制泵浦光的波长，意味着需要一种用于调节泵浦激光二极管温度的控制机构。通常在峰值吸收波长或接近峰值吸收波长处泵浦固体激光器。因为此吸收峰是相当窄的，泵浦波长的改变通常对激光器输出有显著的影响。即使可选择晶体足够厚以能够吸收全部的泵浦光，这对于4能级激光器、甚至是从两侧泵浦晶体的3能级或准3能级激光器是可能的，泵浦光波长的变化通常会显著影响光在晶体中被吸收的位置。这改变晶体的泵浦致热，并且热致透镜效应可以剧烈变化。透镜效应的这种变化会引起放大器输出光束的尺寸的改变和发散。在振荡器中此问题更为严重，透镜效应可以引起腔变为几何不稳定。因此，需要利用非偏振泵浦光可以工作的二极管泵浦激光器。此外还需要在整个泵浦波长的大范围可以工作的二极管泵浦激光器。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是，提供一种改进的二极管泵浦光学系统及其使用方法。本专利技术的另一个目的是，提供一种二极管泵浦激光器及其使用方法，它具有基本上不依赖于泵浦光偏振态的工作特性。本专利技术的又一个目的是，提供一种二极管泵浦激光器及其使用方法，它具有其中泵浦光吸收为恒定的增大的波长范围。本专利技术的上述目的和其它目的由一种包括二极管泵浦源以及由各向异性吸收材料制成的增益介质的光学系统实现。增益介质以某个能基本上产生不依赖偏振的泵浦光束吸收的角度进行切割。光学耦合器被放置在二极管泵浦源和增益介质之间。该光学耦合器产生一束泵浦光束，它在增益介质中沿着与泵浦光束正交的任意两个正交轴有基本相等量的泵浦功率。在本专利技术的又一个实施例中，增大增益介质吸收带的方法是选择泵浦光束的偏振态。泵浦光束以能增大其中泵浦光的吸收为恒定的波长范围的方向通过增益介质。在本专利技术的又一个实施例中，光学系统包括增益介质和二极管泵浦源。光学耦合器放置在增益介质和二极管泵浦之间。该光学耦合器产生具有偏振态的泵浦光束，该偏振态能增大其中泵浦光的吸收为常数的波长范围。附图说明图1(a)和1(b)是本专利技术的光学系统实施例的示意图；图2是说明图1所示增益介质的切割方向的示意图；图3(a)和3(b)是本专利技术的激光谐振器实施例的示意图；图4示出了5％Yb掺杂的KYW晶体的吸收系数；图5示出了采用图3所示数据计算的不同晶体长度的总吸收；图6示出了将偏振态选择为能增大波长范围并在此范围内泵浦光的吸收为常数时的吸收系数。具体实施例方式本专利技术的一个实施例，如图1(a)、图1(b)和图2中所示，光学系统10包括二极管泵浦源12和增益介质(gain media)14。增益介质由各向异性吸收的材料制成，并其泵浦光入射面16是以某个角度进行切割的，使得泵浦光束18的吸收基本上不依赖于偏振。切割增益介质14使得泵浦光束(pump beam)18的两个主偏振的吸收系数基本相等。以此方式，泵浦光束18的偏振态变化不改变泵浦光束18在增益介质14中的吸收方式。而且，如果泵浦光束18的两个主偏振的吸收谱在泵浦源12的工作波段内交叉，增大对一个偏振的吸收而减少对另一个偏振的吸收的波长漂移(shift)，对第一阶不会改变在两个主偏振轴方向上具有基本相等功率的泵浦光束18的总吸收。这包括相对于主轴45°偏振的泵浦光束18或者圆偏振泵浦光束。它还包括，但不局限于非偏振泵浦光束18。如果两个吸收谱不交叉，但却显现出吸收峰漂移，可以改变两个主偏振轴的功率比以获得泵浦源可在其内漂移而不显著改变总吸收的相同的所需展宽波长范围。光学耦合器20放置在二极管泵浦源12和增益介质14之间。光学耦合器20产生泵浦光束18，它在增益介质14中沿着与泵浦光束18正交的任意两个正交轴有基本相等量的泵浦功率。在另一实施例中，光学耦合器20产生偏振泵浦光束18，其偏振态能增大波长范围，并且在此范围内泵浦光束18的吸收为恒定的。如果二极管泵浦源温度的变化改变了泵浦光波长，泵浦光束18的吸收仍保持恒定。因此，增益介质中的热透镜效应(thermal lens)以及光学系统的性能也会保持不变。增益介质14可以是薄盘，如同时提交的未分配序列号的、代理人案件号18120-0010的美国专利申请中所公开的，或者是具有包括但不局限于平板、棒、多边形等多种不同的几何外形。增益介质14可以由多种材料制成，包括但不局限于，掺镱的双钨酸盐晶体，Yb:KGW，Yb:KYW，Yb:S-FAP，Nd:KGW，Nd:KYW，Nd:YVO4，Cr:LiSAF，Cr:Forsterite，半导体增益介质等。泵浦光束18基本上可以是非偏振的。大多数二极管泵浦源是线偏振的，可是，非偏振泵浦源可以通过光纤耦合泵浦光束、对不同偏振的泵浦源进行组合等产生。泵浦源12可以是光纤耦合二极管、二极管栅(diode bar)、一组或多组(stack)二极管等等。在一个实施例中，泵浦光束18的波长在931nm至952nm范围内。耦合器20可以包括偏振光束合成器。该偏振光束合成器可以是偏振立方体(cube)，板偏振器(plate polarizer)等等，并且将来自两个正交偏振二极管或者二极管组的光合成在一起。在各种实施例中，耦合器20是成像耦合器、非成像耦合器、斗形器件(funnel)等等。在1999年9月22日提交的序列号为09/401146的美国专利申请中披露了一个适合的斗形器件的例子。如第5553088号美国专利中披露的，为了对多次进入增益介质14的泵浦光束18进行再成像，可以包括中继光学器件(relay optic)，在此引用该专利供参考。泵浦光束18多次通过增益介质14可以产生泵浦光束18偏振态的旋转。还可以利用增益介质14作为放大器中的增益器件。此放大器可以配置为多通(multi-pass)放大器。参考图3，系统10可以包括通常如22表示的、具有输出耦合器24和高反射镜(high reflector)26的激光谐振器(resonator)。谐振器22的模式(mode)可以与增益介质14中的泵浦体(pumped volume本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种光学系统，包括：二极管泵浦源；由各向异性吸收材料制成的增益介质，增益介质按某个角度切割以产生基本不依赖偏振的泵浦光束吸收；和光学耦合器，放置在二极管泵浦源和增益介质之间，该光学耦合器产生泵浦光束，所述泵浦光束在增 益介质中沿着与泵浦光束正交的任意两个正交轴具有基本相等的泵浦功率。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：德克萨特，詹姆斯D卡夫卡，
申请(专利权)人：光谱物理学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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