一种基于非线性放大环形镜的固体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于非线性放大环形镜的固体激光器，包括泵浦源、光隔离器、泵浦光耦合模块、非线性放大环形镜模块和线性臂模块；泵浦光耦合模块包括第一平凸透镜、第一反射镜、第二反射镜和第二平凸透镜；非线性放大环形镜模块包括第一二色镜、激光晶体、第二二色镜、平凹透镜、第一法拉第旋转器、四分之一波片、第二法拉第旋转器、第三反射镜、高非线性波导和偏振分光棱镜；线性臂模块包括第一光栅、第二光栅和输出耦合镜；非线性放大环形镜模块中的第一法拉第旋转器、四分之一波片、第二法拉第旋转器和高非线性波导构成相位偏置单元。通过调节相位偏置单元，可优化锁模阈值并具备自启动功能，具有脉冲能量高、噪声低和稳定性好等优点。好等优点。好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于非线性放大环形镜的固体激光器


[0001]本专利技术实施例涉及激光器
，尤其涉及一种基于非线性放大环形镜的固体激光器。

技术介绍

[0002]固体激光器是以固体材料如激光晶体、激光玻璃、激光陶瓷等作为工作物质的激光器，具有输出功率高、光束质量好、性能稳定、寿命长、输出波段广和工作方式多样等特点。由于上述这些优势，固体激光器在激光应用的市场中占有重要份额，其一直以来都是激光
中的一个研究热点，被广泛应用于激光精细加工、激光通信、遥感测距、生物医学、大气探测和可控核聚变等众多领域。
[0003]利用调Q或者锁模技术，固体激光器可输出纳秒、皮秒乃至飞秒脉冲激光。相对近年来快速发展的光纤激光器而言，固体激光器在超短脉冲方面具有光学非线性小、容易实现高功率和窄脉宽输出等优点。因此固体激光器依然是获得高功率高光束质量脉冲激光的重要途径。目前根据锁模方式不同，锁模技术可以分为主动锁模和被动锁模。主动锁模技术中调制器响应时间相对较慢，对脉冲的压缩能力有限，因此其输出脉冲宽度受限，一般为皮秒量级。而被动锁模技术主要通过可饱和吸收体实现对腔内光脉冲进行损耗调制，当经过可饱和吸收体时，脉冲能量高的通过，能量低的被吸收，导致光脉冲边缘损耗远大于中间，因此实现光脉冲的窄化，可实现亚皮秒及飞秒锁模脉冲。固体激光器中常见的被动锁模技术包括半导体可饱和吸收镜(SESAM)和非线性偏振旋转(NPR)。其中SESAM由于具有较好的稳定性和调制特性，经常被用在锁模激光领域，但是SESAM对激光的响应带宽较小，通常只有几十纳米的光谱响应带宽，并且制作过程比较复杂。NPR锁模机制调制深度大、响应时间短，能产生优良低噪声飞秒脉冲，但NPR锁模激光器对环境扰动非常敏感，导致难以长期保持自启动功能。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于非线性放大环形镜的固体激光器，利用非线性放大环形镜锁模技术，通过调节相位偏置单元，可优化锁模阈值并具备自启动功能，在9字腔固体激光器中输出的脉冲激光具有脉冲能量高、噪声低和长期稳定性好等优点。
[0005]本专利技术实施例提供了一种基于非线性放大环形镜的固体激光器，包括泵浦源、泵浦光耦合模块、非线性放大环形镜模块和线性臂模块；
[0006]所述非线性放大环形镜模块包括第一二色镜、激光晶体、第二二色镜、平凹透镜、第一法拉第旋转器、四分之一波片、第二法拉第旋转器、第三全反射镜、高非线性波导和偏振分光棱镜；
[0007]所述线性臂模块包括第一光栅、第二光栅和输出耦合镜；
[0008]所述激光晶体的轴向位于泵浦光和激光光束的传输中心轴上；所述高非线性波导的轴向位于激光光束的传输中心轴上；
[0009]所述第一法拉第旋转器、所述四分之一波片、所述第二法拉第旋转器和所述高非线性波导依次设置构成相位偏置单元；所述第一光栅和所述第二光栅平行设置且与所述激光光束中心轴的夹角为锐角，形成色散补偿单元；
[0010]所述非线性放大环形镜模块和所述线性臂模块构成9字型谐振腔；
[0011]所述泵浦源发射的泵浦光注入所述泵浦光耦合模块，经所述泵浦光耦合模块准直聚焦后，部分所述泵浦光由所述第一二色镜注入所述激光晶体中激发产生激光光束，残余所述泵浦光透过所述第二二色镜后被所述平凹透镜反射回所述激光晶体；所述激光光束经过所述相位偏置单元后由所述偏振分光棱镜注入所述色散补偿单元，部分所述激光光束由所述输出耦合镜反射回所述偏振分光棱镜后被分束成传输方向不同的第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束在非线性放大环形镜模块中分别沿逆时针和顺时针方向传输，所述第一光束和所述第二光束经过所述激光晶体和所述相位偏置单元的顺序相反而产生相位差，再次传输至所述偏振分光棱镜时干涉发生非线性相移锁模，形成锁模激光，部分所述锁模激光依次经所述第一光栅、所述第二光栅和所述输出耦合镜后输出。
[0012]可选的，所述固体激光器还包括光隔离器，所述光隔离器位于所述泵浦光传输中心轴上。
[0013]可选的，所述泵浦光耦合模块包括依次位于所述泵浦光传输中心轴上的第一平凸透镜、第一全反射镜、第二全反射镜和第二平凸透镜；
[0014]所述激光晶体位于所述第二平凸透镜和所述平凹透镜的焦点处。
[0015]可选的，所述泵浦源包括半导体激光器和光纤激光器，所述泵浦源的工作波长与所述激光晶体的泵浦波长相同。
[0016]可选的，所述第一平凸透镜和所述第二平凸透镜的表面镀有泵浦光高透膜，所述平凹透镜面向所述激光晶体的凹面镀有泵浦光高反膜。
[0017]可选的，所述第一二色镜和所述第二二色镜面向所述激光晶体的表面同时镀有泵浦光高透膜和激光光束高反膜，所述第一二色镜和所述第二二色镜面向背向所述激光晶体的表面镀有泵浦光高透膜。
[0018]可选的，所述激光晶体包括掺杂稀土离子或者过渡金属离子的光学晶体。
[0019]可选的，所述第一法拉第旋转器和所述第二法拉第旋转器采用薄片式法拉第旋转器或者磁光晶体插入永磁体中构成的法拉第旋转器。
[0020]可选的，所述高非线性波导包括条形波导、脊型波导、光子晶体光纤或者高非线性光纤在内的非线性波导。
[0021]可选的，所述偏振分光棱镜包括具有对称或者非对称光束分割比的偏振分光棱镜。
[0022]可选的，所述第一光栅和所述第二光栅包括啁啾体布拉格光栅、啁啾光纤布拉格光栅或者透射式介质膜光栅。
[0023]可选的，所述输出耦合镜面向9字型谐振腔的表面镀有反射膜，所述反射膜相对所述激光光束的反射率为β，70％＜β＜100％；所述输出耦合镜背向9字型谐振腔的表面镀有增透膜。
[0024]本专利技术示例提供的基于非线性放大环形镜的固体激光器，包括泵浦源、光隔离器、泵浦光耦合模块、非线性放大环形镜模块和线性臂模块；泵浦光耦合模块包括第一平凸透
镜、第一反射镜、第二反射镜和第二平凸透镜；非线性放大环形镜模块包括第一二色镜、激光晶体、第二二色镜、平凹透镜、第一法拉第旋转器、四分之一波片、第二法拉第旋转器、第三反射镜、高非线性波导和偏振分光棱镜；线性臂模块包括第一光栅、第二光栅和输出耦合镜；非线性放大环形镜模块中的第一法拉第旋转器、四分之一波片、第二法拉第旋转器和高非线性波导构成相位偏置单元；线性臂模块中的第一光栅和第二光栅构成色散补偿单元。通过调节相位偏置单元，可优化锁模阈值并具备自启动功能，具有脉冲能量高、噪声低和稳定性好等优点。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例提供的一种基于非线性放大环形镜模块的固体激光器的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例提供的另一种基于非线性放大环形镜模块的固体激光器的结构示意图。
[0027]附图中：1
‑
泵浦源；2
‑
光隔离器；3
‑
泵浦光耦合模块；30
‑
第一平凸透镜；31
‑
第一全反射镜；32
‑
第二全反射镜；33
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于非线性放大环形镜的固体激光器，其特征在于，包括泵浦源、泵浦光耦合模块、非线性放大环形镜模块和线性臂模块；所述非线性放大环形镜模块包括第一二色镜、激光晶体、第二二色镜、平凹透镜、第一法拉第旋转器、四分之一波片、第二法拉第旋转器、第三全反射镜、高非线性波导和偏振分光棱镜；所述线性臂模块包括第一光栅、第二光栅和输出耦合镜；所述激光晶体的轴向位于泵浦光和激光光束的传输中心轴上；所述高非线性波导的轴向位于激光光束的传输中心轴上；所述第一法拉第旋转器、所述四分之一波片、所述第二法拉第旋转器和所述高非线性波导依次设置构成相位偏置单元；所述第一光栅和所述第二光栅平行设置且与所述激光光束中心轴的夹角为锐角，形成色散补偿单元；所述非线性放大环形镜模块和所述线性臂模块构成9字型谐振腔；所述泵浦源发射的泵浦光注入所述泵浦光耦合模块，经所述泵浦光耦合模块准直聚焦后，部分所述泵浦光由所述第一二色镜注入所述非线性放大环形镜模块中的所述激光晶体中激发产生激光光束，残余所述泵浦光透过所述第二二色镜后被所述平凹透镜反射回所述激光晶体；所述激光光束经过所述相位偏置单元后由所述偏振分光棱镜注入所述色散补偿单元，部分所述激光光束由所述输出耦合镜反射回所述偏振分光棱镜后被分束成传输方向不同的第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束在非线性放大环形镜模块中分别沿逆时针和顺时针方向传输，所述第一光束和所述第二光束经过所述激光晶体和所述相位偏置单元的顺序相反而产生相位差，再次传输至所述偏振分光棱镜时干涉发生非线性相移锁模，形成锁模激光，部分所述锁模激光依次经所述第一光栅、所述第二光栅和所述输出耦合镜后输出。2.根据权利要求1所述的固体激光器，其特征在于，所述固体激光器还包括光隔离器，所述光隔离器位于所述泵浦光传输中心轴上。3.根据权利要求1所述的固体激光器，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：玄洪文，衡小波，张志韬，
申请(专利权)人：广东大湾区空天信息研究院，
类型：发明
国别省市：