晶体取向选择偏振态可控微片激光器制造技术

晶体取向选择偏振态可控微片激光器，涉及一种激光器。设有泵浦源、隔离器、第１柱状透镜、第２柱状透镜和Ｙｂ：ＹＡＧ晶体；所述泵浦源采用９４０ｎｍ激光二极管，隔离器、第１柱状透镜、第２柱状透镜和Ｙｂ：ＹＡＧ晶体依次设于泵浦源的输出激光光轴上，所述Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的后表面镀９４０ｎｍ的增透膜和１０３０ｎｍ的高反膜，作为微片激光器的后腔面，所述高反摸的反射率大于９９％，所述Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的前表面镀１０３０ｎｍ的部分发射膜及９４０ｎｍ的增透膜作为激光器的前腔镜。能够获得比原有偏振态选择技术更高的亮度、更高的功率，而且输出激光可以实现更纯的偏振态。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种激光器，尤其是涉及一种晶体取向选择偏振态可控微片激光器。
技术介绍
掺稀土离子的钇铝石榴石晶体(Y3Al5O12,即YAG)在当前固体激光器领域占据着举 足轻重的地位，特别是％^々6晶体具有宽的吸收带、长的荧光寿命、高掺杂浓度和高的量 子效率，在相同的泵浦功率下，％:YAG泵浦产生的热仅为Nd:YAG的三分之一。采用端面泵 浦、侧面泵浦的棒状激光器及薄片激光器获得了千瓦甚至几十千瓦的连续激光输出。高掺 杂浓度的％:YAG晶体非常适合微片激光器的研制，基于被动调Q的％:YAG微片激光器实 现了亚纳秒、峰值功率高达百千瓦的激光输出，因此％:YAG晶体在激光器领域内受到越来 越多的重视。由于YAG晶体属于立方晶系，在光谱上不具有像YVO4晶体一样的偏振光谱特性， 其偏振激光输出主要是通过激光腔内增加偏振片或波片等光学元件、或者采用有布鲁斯特 窗口的复杂腔型结构来抑制一个偏振态的振荡从而获得线偏振激光输出、在晶体上施加外 力如改变晶体的应力分布或者改变晶体的温度来实现线偏振激光的输出、或者采用线偏振 泵浦光源等措施来实现。这样一来，不仅使得激光器的结构复杂、成本高、维护困难，而且激 光器的效率也会随着光学元件的增加带入的损耗而降低。另外一种常用的方法是采用集成 光学元件如通过特殊设计镀膜形成共振光栅镜等措施来实现线偏振激光输出或者附加具 有高偏振选择性的光子晶体光栅镜来实现径向偏振激光输出，然而这种方法对镀膜的要求 极高，而且由于在膜和基板之间存在应力，容易损坏，不适合高功率运行。通过对掺稀土离子YAG晶体光谱及晶体场的分析研究表明，当稀土离子取代Y3+ 离子占据的十二面体格位时，YAG晶体的各向同性的对称性就被打破，在&格位掺杂的稀 土离子的对称性降低了，甚至属于三次对称。由于晶体对称性降低所造成的局部各向异性 光谱特性在掺稀土离子YAG晶体如Er，YbiYAG和Ho:YAG等中得到了实验的证实。在过渡 金属离子掺杂的Cr4+ = YAG晶体中也存在依赖晶体取向的可饱和吸收特性(H. Eilers, K. R. Hoffman, W. Μ. Dennis, S. Μ. Jacobsen, and W. Μ. Yen, “ Saturation of 1. 064 μ m absorption inCr，Ca: Y3Al5O12 crystals, “ Appl. Phys. Lett. 61，2958-2960 (1992))。采 用线偏振泵浦光源泵浦< 111 >方向Nd YAG晶体获得了线偏振激光输出( R. Dalgl iesh， A.D.May,and G. Stephan, “ Polarization states of a single-mode (microchip) Nd3+: YAG laser-Part II comparison oftheory andexperiment," IEEE J. Quantum Electron. 34, 1493-1502(1998))。采用<100>方向切割的Nd:YAG晶体作为激光增益介质获得双向偏 IS # 7 ft (A. McKay, J.M.Dawes, and J. Park, “ Polarisation-mode coupling in (100)-cut Nd:YAG, “ Opt. Express 15,16342-16347 (2007)) 这些 Nd:YAG 晶体取向 对线偏振激光的研究成果需要线偏振泵浦源和特殊的晶体切割方向，不仅使得激光器价格 昂贵，而且不适合传统<111>方向生长的Nd:YAG或者YAG晶体在微片激光器中的应用。 利用掺杂稀土离子YAG晶体自身局部各向异性光学性能，以性能优良的％:YAG晶体作为激光增益介质，通过选择(111)晶面内合适的晶体取向来控制输出激光的偏振态，在激光二 极管泵浦的微片固体激光器中不仅可以实现高光束质量、高效率的激光输出；而且在激光 二极管泵浦的<111>方向％:YAG晶体微片激光器中首次获得了晶体取向自选择的线偏振 激光输出( J. Dong, A. Shirakawa, and K. Ueda, “ A crystalline-orientationself -selected linearly polarized YbiY3Al5O12 microchip laser, " Appl. Phys. Lett. 93, 101105(2008)).我们的研究发现，在％:YAG(111)晶面内存在六个特殊的方向，可以获得 消光比大于100的线偏振激光输出。这六个方向之间存在着90°和30°的位相关系，呈三 次对称关系，与<111>方向生晶体的局部晶体取向有明显的对应关系。这一研究 成果打破了传统的观点，即％:YAG晶体属于立方晶系，光学光谱呈现各向同性，通常需要 外加光学元件或者施加外力来实现线偏振激光输出。进一步拓宽％:YAG晶体在高功率固 体线偏振激光器中的应用，提升激光二极管泵浦的高功率、不同偏振态微片固体激光器竞 争力。同时也为采用传统的掺稀土离子YAG激光晶体通过晶体取向自选择获得偏振态可控 激光输出提供了一条更为方便和简洁的途径，可大大简化生产流程，因而具有非常重要的 理论和现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种晶体取向选择偏振态可控微片激光器。所述晶体取向选择偏振态可控微片激光器设有泵浦源、隔离器、第1柱状透镜、第 2柱状透镜和％:YAG晶体；所述泵浦源采用940nm激光二极管，隔离器、第1柱状透镜、第 2柱状透镜和％:YAG晶体依次设于泵浦源的输出激光光轴上，所述％:YAG晶体的后表面 镀940nm的增透膜和1030nm的高反膜，作为微片激光器的后腔面，所述高反摸的反射率大 于99%，所述％:YAG晶体的前表面镀1030nm的部分发射膜及940nm的增透膜作为激光器 的前腔镜。所述激光二极管输出的激光通过隔离器来防止反射的泵浦光对激光二极管的损 伤，通过两个柱状透镜来耦合和聚焦泵浦光到％:YAG晶体的后表面。本专利技术利用在掺稀土离子YAG晶体中，当稀土离子取代Y3+离子占据的十二面体格 位时，YAG晶体的各向同性的对称性就被打破，在&格位掺杂的稀土离子的对称性呈现3次 对称的晶体结构特性及其所导致的局部各向异性光学特性来寻找一种方便、简洁的激光偏 振态可控的微片固体激光新技术。本专利技术的关键技术是首先采用X-射线定向仪在掺稀土离子YAG晶体(111)晶面 内确定六个特殊的低指数晶体取向指数如<011>和<211>，通过旋转％:YAG晶体选择合适 的晶体取向，从而可以方便地实现不同偏振态的激光输出。采用激光二极管泵浦的晶体取向选择偏振态可控微片固体激光器，主要用<111> 方向生长的掺稀土离子的YAG晶体作为激光增益介质，通过选择(111)晶面内不同的晶体 取向实现高电光转化效率、高光束质量、高亮度、偏振态可控的微片固体激光器。与现有的在微片激光器中获得不同偏振态的技术相比，本专利技术由于充分利用了掺 稀土离子本文档来自技高网...

【技术保护点】
晶体取向选择偏振态可控微片激光器，其特征在于设有泵浦源、隔离器、第１柱状透镜、第２柱状透镜和Ｙｂ：ＹＡＧ晶体；所述泵浦源采用９４０ｎｍ激光二极管，隔离器、第１柱状透镜、第２柱状透镜和Ｙｂ：ＹＡＧ晶体依次设于泵浦源的输出激光光轴上，所述Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的后表面镀９４０ｎｍ的增透膜和１０３０ｎｍ的高反膜，作为微片激光器的后腔面，所述高反摸的反射率大于９９％，所述Ｙｂ：ＹＡＧ晶体的前表面镀１０３０ｎｍ的部分发射膜及９４０ｎｍ的增透膜作为激光器的前腔镜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董俊，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：92[]