一种空心光束相干阵固体激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种空心光束相干阵固体激光器，涉及激光器技术领域，其中，微结构薄片和微结构输出层采用键合方式连接；微结构薄片上形成有空心光场调制结构阵列，泵浦源用于出射泵浦光，泵浦源和光学耦合系统相对微结构薄片配合设置，使得泵浦光能够经光学耦合系统耦合至微结构薄片中，并由空心光场调制结构阵列形成空心光束阵列；空心光束阵列由微结构薄片进入微结构输出层，并在微结构输出层中形成相干耦合与注入锁相，输出空心光束相干阵激光。通过本发明专利技术的技术方案，能够得到高功率空心光束相干阵激光输出，且易于实现空心光束调控，适用范围广，可扩展性强，且结构简单、成本低、效率高。率高。率高。

【技术实现步骤摘要】
一种空心光束相干阵固体激光器


[0001]本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种空心光束相干阵固体激光器。

技术介绍

[0002]空心光束是一种中心光强为零的激光束，其具有桶状光强分布、较小的暗斑尺寸和传播不变性，并且具有自旋和轨道角动量。这些独特的光学特性使其在激光光学、二元光学、计算全息、微观粒子的光学囚禁等方面有广泛的应用与前景。
[0003]目前空心光束的产生方式主要可以分为光束调制整形方法和激光模式调制方法。光束整形调制方法是采用空间调制器、衍射光学元件等对激光器的输出光束的振幅、相位、偏振态进行调控获得空心光束，但是往往在调制过程中会带来大量能量损失。激光模式调制方法是通过在激光器内部加入调制器，将调制信号与激光信号进行耦合，进而实现对光束的调控，以获得空心光束，但是这种光学系统调节难度较大，鲁棒性较弱，获得的空心光束往往功率密度较低。
[0004]随着应用需求的不断发展，现有手段获得的空心光束已难以满足实际应用中的需求。因此，获得结构简单、高功率密度的空心光束目前亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种空心光束相干阵固体激光器，通过在增益介质上制备空心光场调制结构阵列，结合微结构输出层的相干耦合与注入锁相功能，得到空心光束相干阵激光输出，通过改变增益介质上的空心光场调制结构阵列方式来改变光场结构，易于实现空心光束调控，适用范围广，可扩展性强，且结构简单、成本低、效率高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种空心光束相干阵固体激光器，包括：微结构薄片、微结构输出层、泵浦源和光学耦合系统；
[0007]所述微结构薄片和所述微结构输出层采用键合方式连接；
[0008]所述微结构薄片上形成有空心光场调制结构阵列，所述泵浦源用于出射泵浦光，所述泵浦源和所述光学耦合系统相对所述微结构薄片配合设置，使得所述泵浦光能够经所述光学耦合系统耦合至所述微结构薄片中，并由所述空心光场调制结构阵列形成空心光束阵列，所述空心光束阵列中单元空心光束的强度分布I满足：
[0009][0010]其中，P0为空心光束的激光功率；P为常数；z表示光束的传播方向；r是垂直于z轴的径向位置；w(z)为位置z处的束腰半径；
[0011]所述空心光束阵列由所述微结构薄片进入所述微结构输出层，并在所述微结构输出层中形成相干耦合与注入锁相，输出空心光束相干阵激光。
[0012]在上述技术方案中，优选地，所述空心光场调制结构阵列由至少2个空心光场调制结构呈一维或二维周期性排布而成。
[0013]在上述技术方案中，优选地，所述微结构薄片的后端面制备有高反层，前端面制备有半反半透层。
[0014]在上述技术方案中，优选地，所述空心光场调制结构为在所述微结构薄片的厚度方向上贯穿设置的空心光子晶体阵列，所述空心光子晶体阵列由周期性微孔和空心孔构成，所述空心孔位于预设数量个所述周期性微孔所围成区域的中心位置，所述空心孔的径向尺度大于所述周期性微孔的径向尺度。
[0015]在上述技术方案中，优选地，所述空心光场调制结构为在所述微结构薄片上下表面上分别对应设置的圆环通光阵列，所述微结构薄片上除所述通光圆环外的非通光区域表面腐蚀粗糙。
[0016]在上述技术方案中，优选地，所述泵浦源包括但不限于半导体激光器和光纤激光器，所述泵浦源的泵浦方式为端面多通泵浦或腔内折返泵浦。
[0017]在上述技术方案中，优选地，所述高反层为在第一透明材料层的后端面镀设高反膜构成，所述第一透明材料层的前端面与所述微结构薄片的后端面之间采用键合方式连接，所述高反层为双波长高反层，对泵浦光和振荡光均具有高反作用。
[0018]在上述技术方案中，优选地，所述半反半透层为在第二透明材料层的前端面镀设半反半透膜构成，所述第二透明材料层的后端面与所述微结构薄片的前端面采用键合方式连接，所述半反半透层为振荡光半反半透层，对振荡光具有部分反射部分透射作用。
[0019]在上述技术方案中，优选地，所述微结构输出层包括第三透明材料层、微结构层与反射层，所述第三透明材料层键合连接于所述半反半透层的前端面；
[0020]所述微结构层的前端面制备有所述反射层，后端面制备有所述第三透明材料层；所述微结构层的后端面制备有微结构阵列，所述微结构阵列为与所述微结构薄片上的空心光场调制结构阵列排布方式和尺寸对应相同的圆环阵列；
[0021]所述反射层为振荡光高反层，对振荡光具有高反作用；
[0022]所述微结构输出层的厚度满足Talbot自在现条件。
[0023]在上述技术方案中，优选地，所述微结构薄片、所述第一透明材料层、所述第二透明材料层、所述第三透明材料层和所述微结构层为相同或不同通光材料形成，所述微结构薄片中掺杂有至少一种稀土元素作为增益。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：通过在增益介质上制备空心光场调制结构阵列，结合微结构输出层的相干耦合与反馈注入功能，得到空心光束相干阵激光输出，可实现高功率空心光束激光。通过改变增益介质上的空心光场调制结构阵列方式来改变光场结构，易于实现空心光束调控，进而获得具有不同特性的超模输出，适用范围广，可扩展性强，且结构简单、成本低、效率高。
附图说明
[0025]图1为本专利技术一种实施例公开的端面多通泵浦的空心光束相干阵固体激光器的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术一种实施例公开的腔内折返泵浦的空心光束相干阵固体激光器的结构示意图；
[0027]图3为本专利技术一种实施例公开的端面多通泵浦的空心光束相干阵固体激光器正六
边形排布微结构薄片结构示意图；
[0028]图4为本专利技术一种实施例公开的内折返泵浦的空心光束相干阵固体激光器正四边形排布微结构薄片结构示意图；
[0029]图5为本专利技术一种实施例公开的端面多通泵浦的空心光束相干阵固体激光器正六边形排布微结构层示意图；
[0030]图6为本专利技术一种实施例公开的端面多通泵浦的空心光束相干阵固体激光器正方形排布微结构层示意图。
[0031]图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：
[0032]1、高反层；11、泵浦窗口；2、微结构薄片；21、空心孔，22、周期性微孔；23、通光圆环；3、半反半透层；4、微结构输出层；41、第三透明材料层；42、微结构层；43、反射层；5、泵浦源；6、光学耦合系统。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：
[0035]如图1和图2所示，根据本专利技术提供的一种空心光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空心光束相干阵固体激光器，其特征在于，包括：微结构薄片、微结构输出层、泵浦源和光学耦合系统；所述微结构薄片和所述微结构输出层采用键合方式连接；所述微结构薄片上形成有空心光场调制结构阵列，所述泵浦源用于出射泵浦光，所述泵浦源和所述光学耦合系统相对所述微结构薄片配合设置，使得所述泵浦光能够经所述光学耦合系统耦合至所述微结构薄片中，并由所述空心光场调制结构阵列形成空心光束阵列，所述空心光束阵列中单元空心光束的强度分布I满足：其中，P0为空心光束的激光功率；P为常数；z表示光束的传播方向；r是垂直于z轴的径向位置；w(z)为位置z处的束腰半径；所述空心光束阵列由所述微结构薄片进入所述微结构输出层，并在所述微结构输出层中形成相干耦合与注入锁相，输出空心光束相干阵激光。2.根据权利要求1所述的空心光束相干阵固体激光器，其特征在于，所述空心光场调制结构阵列由至少2个空心光场调制结构呈一维或二维周期性排布而成。3.根据权利要求1所述的空心光束相干阵固体激光器，其特征在于，所述微结构薄片的后端面制备有高反层，前端面制备有半反半透层。4.根据权利要求2所述的空心光束相干阵固体激光器，其特征在于，所述空心光场调制结构为在所述微结构薄片的厚度方向上贯穿设置的空心光子晶体阵列，所述空心光子晶体阵列由周期性微孔和空心孔构成，所述空心孔位于预设数量个所述周期性微孔所围成区域的中心位置，所述空心孔的径向尺度大于所述周期性微孔的径向尺度。5.根据权利要求2所述的空心光束相干阵固体激光器，其特征在于，所述空心光场调制结构为在所述微结构薄片上下表面上分别对应设置的圆环通光阵列，所述微结构薄片上除所述通光圆环外的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彤，王智勇，陈琳，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：