一种全固态连续波单频激光器制造技术

本申请公开了一种全固态连续波单频激光器，包括对称环形谐振腔、对称设置在对称环形谐振腔内的第一增益晶体和第二增益晶体，以及对称设置在第一增益晶体与第二增益晶体之间的增益部；增益部包括至少一个依次排列的增益晶体，增益部中，与第一增益晶体最近的第三增益晶体和与第二增益晶体最近的第四增益晶体对称设置；每个增益晶体均与一个独立的泵浦源耦合。本申请给对称环形谐振腔内的每个增益晶体单独配置一个泵浦源，并且在对称环形谐振腔中取消成像系统，在泵浦功率不受限制的基础上，激光器可以在较宽的泵浦范围内实现稳定的单频运转。单频运转。单频运转。

【技术实现步骤摘要】
一种全固态连续波单频激光器


[0001]本申请涉及激光器
，更具体地，涉及一种全固态连续波单频激光器。

技术介绍

[0002]全固态连续波单频激光器因其具有光束质量好、功率稳定性高、线宽窄和噪声低等优点，已经被广泛应用于量子光学与量子信息、原子物理、高精度测量等多个领域。利用全固态连续波单频激光器作为基础光源，采用倍频、和频、差频、光学参量振荡以及拉曼等非线性频率转换技术可用于波长扩展以及非经典光场的制备。为了满足科学技术迅速发展的需求，在保证激光器其它优良性能的基础上提高全固态连续波单频激光器的输出功率变得尤为重要。例如在激光干涉仪引力波天探测(LIGO)领域，为了将aLIGO的探测灵敏度提高10倍，要求应用于引力波探测的全固态单频连续波激光器的输出功率达到200W。
[0003]目前，提高全固态连续波单频激光器的输出功率主要通过激光放大技术来实现，例如光纤放大器、板条放大器、薄片放大器、块状或者棒状固体放大器、单晶光纤放大器等。虽然激光放大技术是获得高功率单频激光的有效方法，但是在此过程中激光器的噪声也被同步放大。为了获得输出功率高，噪声小的连续波单频激光器满足量子光学和精密测量领域的应用，人们希望在单个谐振腔内只需要增加注入的泵浦功率就可以获得高功率的连续波单频激光器。
[0004]然而，随着注入泵浦功率的增加，激光晶体会产生严重的热透镜效应，导致谐振腔稳区变窄，破坏泵浦光与束腰之间的模式匹配，输出功率受限。另外，随着注入泵浦功率的增加会使模式竞争更加激烈，产生多模振荡以及不规则的跳模现象，影响激光器的稳定性，严重时甚至会损坏晶体。
[0005]为了克服由增益晶体引起的这些问题，实现高功率的激光输出，通常需要在谐振腔内插入多块增益介质，而且为了实现晶体之间的模式自再现，每两块增益晶体之间需要使用一组由两个相同焦距的平凸镜组成的成像系统。
[0006]但是，由于使用的是固定焦距的透镜，所以谐振腔的稳区依旧很窄，只能在特定的泵浦功率下正常运行，限制了输出功率的进一步提高。此外，为了实现高功率的激光输出和稳定的单纵模运转，必须精确地调整成像透镜之间的光学长度，这样增加了激光器调试的难度。

技术实现思路

[0007]本申请提供一种全固态连续波单频激光器，给对称环形谐振腔内的每个增益晶体单独配置一个泵浦源，降低了每个增益晶体的热透镜效应对谐振腔的稳区的不利影响，使谐振腔的稳区相对较宽；并且在对称环形谐振腔中取消成像系统，利用增益晶体自身的热透镜性质实现模式匹配，并且谐振腔的对称设置实现距离最远的第一增益晶体与第二增益晶体之间的模式自再现，在泵浦功率不受限制的基础上，激光器可以在较宽的泵浦范围内实现稳定的单频运转。
[0008]本申请提供了一种全固态连续波单频激光器，包括对称环形谐振腔、对称设置在对称环形谐振腔内的第一增益晶体和第二增益晶体，以及对称设置在第一增益晶体与第二增益晶体之间的增益部；
[0009]对称环形谐振腔包括输出腔镜和与输出腔镜位置对称的第一腔镜，第一增益晶体前端的第二腔镜、输出腔镜、第一腔镜和第二增益晶体前端的第三腔镜形成8字形光路；
[0010]增益部包括至少一个依次排列的增益晶体，增益部中，与第一增益晶体最近的第三增益晶体和与第二增益晶体最近的第四增益晶体对称设置；
[0011]每个增益晶体均与一个独立的泵浦源耦合，第二腔镜与输出腔镜之间设有单向器，第一腔镜与输出腔镜之间的束腰处设有非线性晶体；
[0012]其中，对称位置的两个增益晶体完全相同，每个增益晶体既是增益介质，又是模式匹配元件。
[0013]优选地，第三增益晶体与第四增益晶体为同一个晶体。
[0014]优选地，增益部包括第三增益晶体、第四增益晶体以及对称设置在第三增益晶体与第四增益晶体之间的对称排列的至少一个第五增益晶体。
[0015]优选地，泵浦源为光纤耦合的激光二极管。
[0016]优选地，第二腔镜和第三腔镜是10度入射的凹凸镜。
[0017]优选地，第一增益晶体与第三增益晶体之间以及第二增益晶体与第四增益晶体之间均设有第一数量的45度入射的平面镜。
[0018]优选地，输出腔镜和第一腔镜是10度入射的平凹镜，第一腔镜的平面镀有基频光和倍频高透膜，凹面镀有基频光高反膜和倍频光高透膜，输出腔镜的平面镀有基频光和倍频高透膜，凹面镀有倍频光高透膜和对基频光有预设透射率的透射膜。
[0019]优选地，对称环形谐振腔内的增益晶体的泵浦源的功率组合不同，全固态连续波单频激光器的输出功率不同。
[0020]优选地，谐振腔采用端面泵浦或侧面泵浦的泵浦方式。
[0021]优选地，对称环形谐振腔内的增益介质包括板条状增益介质、块状增益介质、棒状增益介质、单晶光纤中的一种或几种。
[0022]通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
[0023]被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。
[0024]图1为本申请提供的全固态连续波单频激光器的第一实施例的结构示意图；
[0025]图2为图1所示的实施例的光斑变化趋势图；
[0026]图3为图1所示的实施例中各个增益晶体的束腰半径和对称环形谐振腔的稳区随着注入泵浦功率的变化进行变化的情况；
[0027]图4为图1所示的实施例中单频激光器的输出功率的实验结果；
[0028]图5为本申请提供的全固态连续波单频激光器的第二实施例的结构示意图；
[0029]图6为本申请提供的全固态连续波单频激光器的第三实施例的结构示意图；
[0030]图7为本申请提供的全固态连续波单频激光器的第四实施例的结构示意图；
[0031]图8为本申请提供的全固态连续波单频激光器的第五实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0032]现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
[0033]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。
[0034]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
[0035]在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
[0036]本申请提供一种全固态连续波单频激光器，给对称环形谐振腔内的每个增益晶体单独配置一个泵浦源，虽然谐振腔内总的注入泵浦功率很高，但是被分解到多块增益晶体中，一方面缓解了每个增益晶体的热透镜效应及其损坏风险，另一方面对于特定的激光器输出功率，可以给每个增益晶体注入合适的泵浦功率，因此降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全固态连续波单频激光器，其特征在于，包括对称环形谐振腔、对称设置在所述对称环形谐振腔内的第一增益晶体和第二增益晶体，以及对称设置在所述第一增益晶体与所述第二增益晶体之间的增益部；所述对称环形谐振腔包括输出腔镜和与所述输出腔镜位置对称的第一腔镜，所述第一增益晶体前端的第二腔镜、所述输出腔镜、所述第一腔镜和所述第二增益晶体前端的第三腔镜形成8字形光路；所述增益部包括至少一个依次排列的增益晶体，所述增益部中，与所述第一增益晶体最近的第三增益晶体和与所述第二增益晶体最近的第四增益晶体对称设置；每个增益晶体均与一个独立的泵浦源耦合，所述第二腔镜与所述输出腔镜之间设有单向器，所述第一腔镜与所述输出腔镜之间的束腰处设有非线性晶体；其中，对称位置的两个增益晶体完全相同，每个增益晶体既是增益介质，又是模式匹配元件。2.根据权利要求1所述的全固态连续波单频激光器，其特征在于，所述第三增益晶体与所述第四增益晶体为同一个晶体。3.根据权利要求1所述的全固态连续波单频激光器，其特征在于，所述增益部包括所述第三增益晶体、所述第四增益晶体以及对称设置在所述第三增益晶体与所述第四增益晶体之间的对称排列的至少一个第五增益晶体。4.根据权利要求1所述的全固态连续波单频...

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