厄米-高斯激光束产生装置制造方法及图纸

本申请公开了一种厄米

【技术实现步骤摘要】
厄米
‑
高斯激光束产生装置


[0001]本申请属于激光
，具体涉及一种厄米
‑
高斯激光束产生装置。

技术介绍

[0002]空心激光在量子光学、光学成像、激光材料加工和光学测量等领域具有广泛的应用前景，由于获得空心激光的主流技术途径是对一维高阶厄米
‑
高斯激光进行模式转换，因此获得高功率高纯度的一维高阶厄米
‑
高斯激光成为近年来的研究重点。
[0003]当前高阶厄米
‑
高斯激光束主要通过泵浦光空间调制法获得，即采用半导体耦合模块经过双色镜后对激光晶体进行端面泵浦，激光晶体多采用小尺寸棒状或者长方体结构，在固定的谐振腔结构中，配合平移台进行端泵光的上下左右平移，进行特定空间模式的激发和选择，实现不同阶数的高阶厄米
‑
高斯激光束的产生。

技术实现思路

[0004]本申请的目的是提供一种装置以得到厄米
‑
高斯激光束。
[0005]根据本申请实施例的第一方面，提供了一种产生装置，该装置包括：激光增益模块1，谐振腔的腔镜元件2，激光腔内模式选择元件3和激光模式探测模块4；
[0006]所述激光增益模块1用于实现稳定的激光增益；
[0007]所述谐振腔的腔镜元件2选取合适的曲率半径和输出耦合率，以配合激光增益模块实现高效的激光输出；
[0008]所述激光腔内模式选择元件3沿两个方向对激光谐振腔内的横向模式进行选择，以使沿一个方向实现HG
0,0
基横模输出，另一个方向输出HG
0,n
横模输出；
[0009]所述激光模式探测模块4用于观察输出光斑包络，并根据观察结果调节腔镜元件2的角度引入了谐振腔的失谐量，同时调整激光模式选择元件3的位置，直至高纯度的厄米
‑
高斯激光模式出现；
[0010]所述谐振腔的腔镜元件2与激光腔内模式选择元件3实现了对不同阶数腔内模式的损耗的差异化控制，进而保证了不同阶数一维高阶厄米
‑
高斯激光束的高纯度输出。
[0011]所述激光增益模块1，包括泵浦激光及耦合子模块1
‑
a，增益介质1
‑
b，和热管理模块1
‑
c；泵浦激光及耦合子模块1
‑
a用于实现对增益介质1
‑
b的泵浦，在热管理模块1
‑
c的作用下实现长期稳定的激光输出，其中增益介质1
‑
b的宽高比不低于1:5；
[0012]所述谐振腔的腔镜元件2，包括后腔镜2
‑
a和输出耦合镜2
‑
b；所述谐振腔的腔镜2间的距离和所述后腔镜2
‑
a的曲率半径由光束传输矩阵确定，输出耦合镜2
‑
b可根据所选激光的增益特性，选取不同的输出耦合率，以实现高效的激光输出；
[0013]所述激光模式选择元件3，为尺寸和位置可调的条形限模光阑；所述激光模式选择元件3沿增益介质的宽度和高度方向进行限模，调整限模光阑尺寸，使输出模式的模体积得到控制；
[0014]激光模式选择元件的尺寸根据自再现的光束传输矩阵计算出的光阑处基模尺寸
和所需高阶厄米
‑
高斯模式与基模的理论模尺寸比值计算得到，该理论模尺寸比值通过厄米
‑
高斯模式的归一化强度分布获得；
[0015]所述厄米
‑
高斯模式的理论归一化强度分布由以下公式确定：
[0016][0017]其中，为厄米
‑
高斯激光的理论复振幅分布：
[0018][0019]其中，C
mn
：为归一化系数；k：为波数；z
R
：为模的瑞利长度；z：为光束从z＝0处为起点的传播距离；w(z)：为平面z处的束腰；H
m
(x)和H
n
(x)：分别为m，n阶的厄米多项式；
[0020]所述激光模式选择元件3其光阑通光的尺寸L
x
，L
y
可调整，需保证沿一个方向，如x方向的基横模输出，即HG
0,0
模，而另一个方向通过光阑L
y
选择模体积，且对应的尺寸为对应输出的HG
0,n
模阶数n,尺寸范围如下：
[0021][0022]其中，光阑长宽比L
x
:L
y
原则上可从1:1改变到1:20，α
x
＝1.2～1.5，α
y
＝1.1～1.5；β
n
：为高阶厄米
‑
高斯模式与基模的理论模尺寸比值；w0：为根据自再现的光束传输矩阵计算出的光阑处基模尺寸；
[0023]所述激光模式探测模块4，包括激光衰减元件4
‑
a和用于观察光斑的元件4
‑
b，该观察元件是相机、相纸或光敏探片；
[0024]所述激光增益模块1的泵浦功率，所述输出耦合镜2
‑
b的俯仰、摇摆角度和所述激光模式选择元件3的位置均可调节，使谐振腔在阈值附近出光；
[0025]所述激光模式探测模块用于观察输出光斑包络及对比度，并根据观察结果调节输出耦合镜2
‑
b的俯仰角度和激光模式选择元件3的的位置，直至高纯度的激光模式选择元件3限制的最高阶厄米
‑
高斯模式出现；
[0026]所述输出耦合镜2
‑
b的俯仰角度的调整引入了谐振腔的失谐量，对不同阶数的腔内模式损耗进行了差异化控制，以输出不同阶数的高纯度一维高阶厄米
‑
高斯激光束；
[0027]所述高纯度是指通过该装置获得的一维高阶厄米
‑
高斯激光束与对应阶数厄米
‑
高斯激光的理论归一化强度分布进行相关运算，相关系数不低于0.8；
[0028]所述相关系数由以下公式确定：
[0029][0030]其中，I(i)：为通过该装置获得的一维高阶厄米
‑
高斯激光束沿高阶模方向离散为N个位置后每个位置的光强；为对应阶数厄米
‑
高斯激光沿高阶模方向离散为N个位置后每个位置的理论归一化光强。
[0031]所述激光增益模块1的增益介质是固体增益介质如掺有激发离子的晶体、陶瓷或玻璃，或液体增益介质掺有Nd的流体，或气体增益介质如CO2。
[0032]所述增益介质1
‑
b采用非对称横向截面设计，沿一个方向通过自限模作用实现基模输出。
[0033]进一步地，所述激光增益模块1为多个；多个所述激光增益模块1采用串联的方式排列。
[0034]进一步地，所述厄米
‑
高斯激光束产生装置还包括偏振反射镜或采用布鲁斯特角入射，用于实现激光偏振输出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厄米
‑
高斯激光束产生装置，其特征在于，包括：激光增益模块，谐振腔的腔镜元件，激光腔内模式选择元件和激光模式探测模块；所述激光增益模块用于实现稳定的激光增益；所述谐振腔的腔镜元件选取合适的曲率半径和输出耦合率，以配合激光增益模块实现高效的激光输出；所述激光腔内模式选择元件沿两个方向对激光谐振腔内的横向模式进行选择，以使沿一个方向实现HG
0,0
基横模输出，另一个方向输出HG
0,n
横模输出；所述激光模式探测模块用于观察输出光斑包络，并根据观察结果调节腔镜的角度引入了谐振腔的失谐量，同时调整激光模式选择元件的位置，直至高纯度的厄米
‑
高斯激光模式出现；所述谐振腔的腔镜元件与激光腔内模式选择元件实现了对不同阶数腔内模式的损耗的差异化控制，进而保证了不同阶数一维高阶厄米
‑
高斯激光束的高纯度输出；所述激光增益模块，包括泵浦激光及耦合子模块，增益介质，和热管理模块；泵浦激光及耦合子模块用于实现对增益介质的泵浦，在热管理模块的作用下实现长期稳定的激光输出，其中增益介质的宽高比不低于1:5；所述谐振腔的腔镜元件，包括后腔镜和输出耦合镜；所述谐振腔的腔镜间的距离和所述后腔镜的曲率半径由光束传输矩阵确定，输出耦合镜可根据所选激光的增益特性，选取不同的输出耦合率，以实现高效的激光输出；所述激光模式选择元件，为尺寸和位置可调的条形限模光阑；所述激光模式选择元件沿增益介质的宽度和高度方向进行限模，调整限模光阑尺寸，使输出模式的模体积得到控制；激光模式选择元件的尺寸根据自再现的光束传输矩阵计算出的光阑处基模尺寸和所需高阶厄米
‑
高斯模式与基模的理论模尺寸比值计算得到，该理论模尺寸比值通过厄米
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高斯模式的归一化强度分布获得；所述厄米
‑
高斯模式的理论归一化强度分布由以下公式确定：其中，为厄米
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高斯激光的理论复振幅分布：其中，C
mn
：为归一化系数；k：为波数；z
R
：为模的瑞利长度；z：为光束从z＝0处为起点的传播距离；w(z)：为平面z处的束腰；H
m
(x)和H
n
(x)：分别为m，n阶的厄米多项式；所述激光模式选择元件其光阑通光的尺寸L
x
，L
y
可调整，需保证沿一个方向，如x方向的基横模输出，即HG
0，0
模，而另一个方向通过光阑L
y
选择模体积，且对应的尺寸为对应输出的HG
0，n
模阶数n，尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晶，李雪鹏，杨天利，王小军，彭钦军，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：