一种自选模自注入反馈单频激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种自选模自注入反馈单频激光器，包括泵浦源、耦合系统、输入耦合镜、激光晶体、输出耦合镜、全反射腔镜组、反射型温度体全息布拉格光栅和半导体制冷器件。通过内腔环形振荡器和外腔反射型温度体全息布拉格光栅共同构成复合腔振荡器，由反射型温度体全息布拉格光栅以恒定的共振衍射效率对入射激光进行模式自选择后再以恒定激光强度注入环形振荡器，实现复合腔环形振荡器稳定的单向运转，解决了复合腔激光器结构不稳定性的问题。极大地增加了腔内振荡光子的寿命，使输出激光具备高效率、低噪声、窄线宽的特性。窄线宽的特性。窄线宽的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种自选模自注入反馈单频激光器


[0001]本专利技术涉及激光器以及激光
，具体涉及一种自选模自注入反馈单频激光器。

技术介绍

[0002]高功率、可调谐、低噪声、窄线宽的单频激光器在量子信息、冷原子物理、精密光谱、精密测量等基础科学研究领域以及空间激光通信、卫星导航等深空探测领域和空间激光雷达、激光遥感等国防安全领域有重要而广泛的应用。当前，高功率单频激光器的一种主要制备方式是采用环形激光谐振腔，采用环形谐振腔消除激光的空间烧孔效应，同时在环形激光谐振腔内插入法拉第光学单向器迫使激光单向运转，结合采用模式选择元件如标准具或非线性元件实现激光器的单频运转，最终实现环形激光谐振腔的稳定单向、单频运转。该种单频激光器中腔内引入的模式选择元件如标准具或非线性元件均会引入损耗影响激光器输出功率，模式选择元件标准具的损伤阈值是限制激光器输出功率的因素，同时也是造成激光器的不稳定因素之一。在激光器的腔内功率较高时，组成激光单向器的磁致旋光介质不可忽略的热透镜效应影响激光器的稳定运转特性，同时单向器装置也是造成激光器结构复杂和系统不稳定的因素之一。另外一种实现高功率单频激光器的方式是在环形激光谐振腔外使用高反射镜片将正向或者反向传播的激光再次反射注入环形激光谐振腔内，通过将反向传播两束激光形成激光强度差迫使激光单向运转，同时结合在腔内插入模式选择元件(如标准具)实现激光器的单频运转，最终实现激光器的单向、单频运转；激光器的单向运转依靠外腔反馈注入的激光强度控制，激光器的单纵模运转主要依靠内腔模式选择元件的选模作用，外腔振荡模式与内腔振荡激光之间始终存在剧烈的模式竞争，这是造成复合腔激光器模式不稳定的主要因素。同样，环形谐振腔内模式选择元件的引入也会增加激光器的装置不稳定性。并且该种激光器中为了使反向传播的两束激光形成稳定的激光强度差，需要在反射注入激光光路上引入半波片、棱镜、四分之一波片组合，四分之一波片和棱镜组合用于调节反射激光达到恒定强度，半波片用于校准反向注入激光的偏振方向，然而四分之一波片、棱镜、半波片的引入增加了激光器的复杂性以及不稳定性，这是造成复合腔激光器结构不稳定性的主要因素。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是激光器在反射注入激光光路上引入了四分之一波片、棱镜、半波片，增加了激光器的复杂性以及不稳定性，从而造成复合腔激光器结构不稳定性，目的在于提供一种自选模自注入反馈单频激光器，通过内腔环形振荡器和外腔反射型温度体全息布拉格光栅共同构成复合腔振荡器，由反射型温度体全息布拉格光栅以恒定的共振衍射效率对入射激光进行模式自选择后再以恒定激光强度注入环形振荡器，实现复合腔环形振荡器稳定的单向运转，解决了复合腔激光器结构不稳定性的问题。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0005]一种自选模自注入反馈单频激光器，包括
[0006]泵浦源、耦合系统、输入耦合镜、激光晶体、输出耦合镜、全反射腔镜组、反射型温度体全息布拉格光栅和半导体制冷器件；
[0007]所述反射型温度体全息布拉格光栅置于所述输出耦合镜之后并与所述输出耦合镜处于同一水平面；
[0008]所述全反射腔镜组与输入耦合镜、输出耦合镜、激光晶体共同构成闭合的环形振荡器；
[0009]所述环形振荡器与所述反射型温度体全息布拉格光栅共同构成复合腔环形振荡器；
[0010]其中，所述泵浦源发射激光经耦合系统注入环形振荡器的内腔，环形振荡器水平输出方向上的激光经反射型温度体全息布拉格光栅以恒定的共振衍射效率进行模式选择后再以恒定激光强度反射注入环形振荡器的内腔；
[0011]所述反射型温度体全息布拉格光栅采用半导体制冷器件对其温度进行调控。
[0012]在上述技术方案中，反射型温度体全息布拉格光栅同时作为外腔反射腔镜和模式选择元件，以恒定的共振衍射效率将环形振荡器输出激光进行模式选择后以恒定激光强度注入环形振荡器内，形成恒定激光强度差迫使激光单向运转，牵引环形振荡器内腔的激光振荡频率，实现复合腔环形振荡器的单纵模运转。
[0013]采用反射型温度体全息布拉格光栅作为复合腔环形振荡器的外腔反射腔镜，同时对垂直入射激光具有滤波、模式自选择和频率调谐的功能，避免了在环形振荡器引入模式选择元件和频率调节元件对激光器光光转换效率和激光器输出激光稳定性的影响。反射型温度体全息布拉格光栅的温度采用半导体制冷器件进行控制，通过调节反射型温度体全息布拉格光栅的温度来实现激光频率的调谐。
[0014]通过内腔环形振荡器和外腔反射型温度体全息布拉格光栅共同构成复合腔振荡器，反射型温度体全息布拉格光栅以恒定的共振衍射效率对入射激光进行模式自选择后再以恒定激光强度注入环形振荡器，无需额外激光强度调节装置即可实现复合腔环形振荡器稳定的单向运转，避免了使用激光强度调节装置引入的结构不稳定性。
[0015]在一种可选实施例中，复合腔环形振荡器的复合腔长L
cav
为两倍环形振荡器的内腔腔长L
icav
和两倍反射型温度体全息布拉格光栅腔的外腔腔长L
ecav
之和。
[0016]在一种可选实施例中，所述耦合系统的放大倍数依赖于激光晶体处的激光束腰半径大小，泵浦源处的激光束腰半径与激光晶体处的激光束腰半径的比值为～1.2。
[0017]在一种可选实施例中，所述反射型温度体全息布拉格光栅与入射激光之间的角度依赖于激光器单向稳定运转所需的激光强度；所述反射型温度体全息布拉格光栅对垂直入射的激光的衍射效率为～95％。
[0018]在一种可选实施例中，所述反射型温度体全息布拉格光栅的材质为硅酸盐玻璃晶体；所述反射型温度体全息布拉格光栅的前端面镀有振荡激光高透膜，后端面镀有振荡激光高反膜。
[0019]在一种可选实施例中，复合腔环形振荡器的有效增益带宽光谱带宽Δυ
OG
的选取范围满足：6GHz≤Δυ
OG
≤Δυ
G
，其中，Δυ
Gl
为激光晶体的增益带宽；所述反射型温度体全息布拉格光栅的光谱带宽Δυ
OG
的选取范围满足：6GHz≤Δυ
OG
≤Δυ
G
，有效压窄激光器的发射谱
宽其中δ为复合腔环形振荡器总的腔内损耗。
[0020]在一种可选实施例中，所述激光晶体为可见光、近红外、红外、中红外激光晶体中的任意一种。
[0021]在一种可选实施例中，所述全反射腔镜组至少包括一个平凹透镜。
[0022]在一种可选实施例中，所述半导体制冷器件的控温精度为0.005℃。
[0023]在一种可选实施例中，激光器的调谐频率为其中，λ为常温25℃时激光共振波长，α为光栅的热膨胀系数，ε为光栅的热光系数，ΔT为光栅实际温度与常温25℃之间的差值的绝对值。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0025]1.本专利技术采用反射型温度体全息布拉格光栅作为复合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自选模自注入反馈单频激光器，其特征在于，包括：泵浦源(1)、耦合系统(2)、输入耦合镜(3)、激光晶体(7)、输出耦合镜(4)、全反射腔镜组、反射型温度体全息布拉格光栅(8)和半导体制冷器件(9)；所述反射型温度体全息布拉格光栅(8)置于所述输出耦合镜(4)之后并与所述输出耦合镜(4)处于同一水平面；所述全反射腔镜组与输入耦合镜(3)、输出耦合镜(4)、激光晶体(7)共同构成闭合的环形振荡器；所述环形振荡器与所述反射型温度体全息布拉格光栅(8)共同构成复合腔环形振荡器；其中，所述泵浦源(1)发射激光经耦合系统(2)注入环形振荡器的内腔，环形振荡器水平输出方向上的激光经反射型温度体全息布拉格光栅(8)以恒定的共振衍射效率进行模式选择后再以恒定激光强度反射注入环形振荡器的内腔；所述反射型温度体全息布拉格光栅(8)采用半导体制冷器件(9)对其温度进行调控。2.根据权利要求1所述的一种自选模自注入反馈单频激光器，其特征在于，复合腔环形振荡器的复合腔长L
cav
为两倍环形振荡器的内腔腔长L
icav
和两倍反射型温度体全息布拉格光栅(8)的外腔腔长L
ecav
之和。3.根据权利要求1所述的一种自选模自注入反馈单频激光器，其特征在于，所述耦合系统(2)的放大倍数依赖于激光晶体(7)处的激光束腰半径大小，泵浦源(1)处的激光束腰半径与激光晶体(7)处的激光束腰半径的比值为～1.2。4.根据权利要求1所述的一种自选模自注入反馈单频激光器，其特征在于，所述反射型温度体全息布拉格光栅(8)与入射激光之间的角度依赖于激光器单向稳定运转所需的激光强度；所述反...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭永瑞，张娜娜，谭明森，马勇，潘武，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：