本发明专利技术涉及一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器。包括泵浦源，光学耦合系统，谐振腔，固体激光介质、可饱和吸收体，泵浦源为半导体激光二极管，固体激光介质为掺杂型激光材料Nd:YAG或Nd:YVO4，可饱和吸收体为Cr:YAG或GaAs晶体，所述谐振腔由输入镜和输出镜组成，或由固体激光介质入射面的镀膜与可饱和吸收体出射面的镀膜组成。本发明专利技术的激光器输出激光为具有固定能量的脉冲激光且具有光学角动量，通过改变泵浦光的功率,可实现角动量的连续变化。本发明专利技术的激光器可用于光通讯、冷原子囚禁、动态光存储、量子计算等方面。该可调谐激光器成本低、体积小、调整灵活、能量稳定、峰值功率高、角动量可调谐。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，属于激光
技术介绍
随着科技的发展，激光的应用越来越广泛，可以说激光已经并且正在改变着我们的生产和生活，提升了和正在提升着我们的国民经济。在激光的众多领域中，具有角动量的激光成为近几年研究的重点，因其单光子具有角动量，在光通讯、冷原子囚禁、动态光存储、量子计算以及光捏等光学领域特别是量子光学领域有着重要的需求和应用。脉冲激光由于具有单脉冲能量大、峰值功率高等优点，具有着连续激光所不具有的优势，也是一直以来激 光发展的重要方向。而脉冲激光的产生方式有两种调Q技术和锁模技术。锁模激光必须是单横模的情况下运行，这就限制了该类激光产生角动量的可能性。而调Q激光可以在多横模的情况下进行运转，也就是说，如果需要所产生的激光既是脉冲的又含有角动量，那只能是调Q激光。具有角动量的激光，其光斑分布为圆对称，这是常见的激光产生方式所不能满足的，目前产生只能是通过模式转换器之类的技术进行腔外调节，使得激光装置庞大，操作复杂，不适合简单易行的调节和广泛应用，且所产生的角动量固定，不能满足目前量子光学领域对于角动量可调谐的需求。正是针对目前对具有角动量的脉冲激光器的重要需求和现状，我们提供ー种具有固定单脉冲能量而单光子角动量可调谐的激光器。该类激光器具有结构简单、操作简便、脉冲能量稳定、峰值功率高、单光子角动量可调谐以及可进行产业化等优势，为激光器家族添加了一类新的成员。
技术实现思路
针对目前对具有角动量的脉冲激光器的重要需求和现状，本专利技术提供ー种结构紧凑、操作简单、具有稳定单脉冲能量而单光子角动量可调谐的激光器。本专利技术的技术方案是采用以下方式来实现的。一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，包括泵浦源、光学耦合系统、谐振腔、固体激光介质、可饱和吸收体；其特征在于泵浦源为半导体激光二极管(LD);固体激光介质为掺杂型激光材料，优选Nd = YAG晶体或Nd = YVO4晶体；可饱和吸收体为对振荡光具有可饱和吸收特性、初始透过率为40% 99%的被动调Q材料；所述谐振腔由输入镜和输出镜组成，输入镜镀以对泵浦光透过率>90%、对振荡光反射率> 99%的介质膜,输出镜镀以对振荡光部分透过的介质膜，固体激光介质和可饱和吸收体位于谐振腔中；或者，所述谐振腔由固体激光介质入射面的镀膜与可饱和吸收体出射面的镀膜组成，其中，在固体激光介质入射面上镀以对泵浦光透过率> 90%、对振荡光反射率> 99%的介质膜；在可饱和吸收体出射面上镀以对振荡光部分透过的介质膜。以上所述的在固体激光介质入射面上镀以对泵浦波光透过率大于90%、对振荡光反射率大于99%的介质膜以取代输入镜的作用；可饱和吸收体出射面上镀以对振荡光部分反射的介质膜以取代输出镜的作用。根据本专利技术优选的，以上所述的输出镜所镀的对振荡光部分透过的介质膜，其中所述对振荡光部分透过是指对振荡光透过广50%，优选透过10-30%。根据本专利技术优选的，以上所述的在可饱和吸收体出射面上镀以对振荡光部分透过的介质膜，其中所述对振荡光部分透过是指对振荡光透过广50%，优选光透过10-30%。根据本专利技术优选的，以上所述的振荡光波长1064nm。根据本专利技术优选的，上述的泵浦源为半导体激光二极管，其输出波长为针对激光 晶体的吸收波长。优选泵浦源为输出波长为808nm的InGaAs的半导体激光二极管，其光斑分布为环状，泵浦方式是端面泵浦。此时泵浦光的光斑为圆对称与具有角动量的振荡光(模式为LG模)，重合较好,利用激光模式之间的竞争,产生LG模。由于泵浦功率的不同决定了振荡光斑大小的不同，也就是决定了不同LG模的阶次，使角动量具有调谐性。所述的固体激光介质为掺杂型激光晶体Nd = YAG或Nd = YVO4，其中，Nd掺杂浓度为O.05at. %至 20at. %，优选 Nd 掺杂浓度为 O. Iat. %至 5at. % ；所述激光晶体Nd: YAG或Nd: YVO4为圆柱形或长方体，长度为Imm 50mm;优选长度为f IOmm;为了减小可调谐激光器的体积，所述激光晶体Nd: YAG或Nd: YVO4长度以4_8mm为最优。当谐振腔由输入镜和输出镜组成时，所述激光晶体Nd = YAG或Nd = YVO4的两个通光端面可镀以对泵浦光和振荡光透过率> 99%的介质膜(高透膜)，也可以不镀膜。所述的可饱和吸收体优选为Cr:YAG或GaAs晶体。当谐振腔由输入镜和输出镜组成吋，Cr = YAG或GaAs晶体的两个通光端面可镀以对振荡光透过率> 99%的介质膜(高透膜)，也可以不镀膜。进ー步优选的,所述Cr:YAG或GaAs晶体为圆片状,直径9 IOmm,厚度I 2mm。所述的输入镜是平面镜或凹面镜；输出镜是平面镜或凹面镜。根据本专利技术以上所述，更为优选技术方案分为两种形式，分别说明如下A、一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器(如图I所示)，由泵浦源(I)、光学耦合系统(2 )、输入镜(3 )、固体激光介质(4 )、可饱和吸收体(5 )和输出镜(6 )顺序排列而成，所述的泵浦源(I)是输出波长为808nm的InGaAs的半导体激光二极管，固体激光介质(4)是Nd = YAG晶体，NdiYAG晶体的两个通光端面上镀以泵浦光和1064nm振荡光透过率大于99%的增透膜；可饱和吸收体(5)为被动调Q材料Cr:YAG晶体，Cr:YAG晶体的两通光端面上未镀膜。输入镜(3)镀以对泵浦光透过率> 90%，对振荡光反射率> 99%的介质膜；输出镜(6)表面镀以对振荡光部分透过的介质膜，所述对振荡光部分透过是指对振荡光透过I 50%，优选光透过10-30%。最优选光透过20%。B、一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器(如图3所示)，包括泵浦源、光学耦合系统、谐振腔、固体激光介质、可饱和吸收体；其中，所述的泵浦源(I)是输出波长为808nm的InGaAs的半导体激光二极管，所述谐振腔是由在固体激光介质(4)的入射面上镀以对泵浦光透过率> 90%、对振荡光反射率> 99%的介质膜与可饱和吸收体(5)的光出射面上镀以对振荡光部分透过的介质膜组成，所述对振荡光部分透过是指对振荡光透过广50%，优选光透过10-30%。所述的固体激光介质(4)是Nd:YAG晶体，可饱和吸收体(5)为被动调Q材料Cr:YAG晶体。本专利技术利用ー个输入镜、ー块固体激光介质、一个可饱和吸收体和ー个输出镜即可获得稳定脉冲能量而单光子轨道角动量连续可调的激光输出。本专利技术可调谐激光器的输出激光为具有固定能量的脉冲激光，且具有光学角动量，通过改变泵浦光的功率，可实现角动量的连续变化。随着泵浦功率的増加，输出激光脉冲的平均功率和重复频率都会増加，这样使得脉冲激光的脉冲能量会稳定在ー个范围。与此同时，随着泵浦功率的増加，使得振荡光光斑变大，此时的输出LG模式激光的介次会増加，即单光子轨道角动量连续可调。本专利技术得到的脉冲能量较高而且基本稳定，而单光子的轨道角动量随着泵浦功率的増加连续可调谐。所以在光通讯、冷原子囚禁、动态光存储、量子计算以及光捏等量子光学方面具有重要的应用前景。 本专利技术的角动量可调谐激光器在应用时，具有以下优势I.结构紧凑本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，包括泵浦源、光学耦合系统、谐振腔、固体激光介质、可饱和吸收体；其特征在于，泵浦源为半导体激光二极管(LD);固体激光介质为掺杂型激光晶体Nd = YAG或Nd = YVO4 ;可饱和吸收体为对振荡光具有可饱和吸收特性的、透过率为40% 99%的被动调Q材料；所述谐振腔由输入镜和输出镜组成，输入镜镀以对泵浦光透过率> 90%、对振荡光反射率> 99%的介质膜，输出镜镀以对振荡光部分透过的介质膜，固体激光介质和可饱和吸收体位于谐振腔中；或者， 所述谐振腔由固体激光介质入射面的镀膜与可饱和吸收体出射面的镀膜组成，其中，在固体激光介质入射面上镀以对泵浦光透过率> 90%、对振荡光反射率> 99%的介质膜；在可饱和吸收体出射面上镀以对振荡光部分透过的介质膜。2.如权利要求I所述的稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，其特征在干，输出镜所镀的对振荡光部分透过的介质膜中所述对振荡光部分透过是指对振荡光透过f 50%，优选透过10-30% ;在可饱和吸收体出射面上镀以对振荡光部分透过的介质膜中所述对振荡光部分透过是指对振荡光透过广50%，优选光透过10-30%。3.如权利要求I所述的稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，其特征在于，泵浦源为输出波长为808nm的InGaAs的半导体激光二极管，其光斑分布为环状，泵浦方式是端面泵浦。4.如权利要求I所述的稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，其特征在干，所述固体激光介质为掺杂型激光晶体Nd:YAG或Nd:YVO4, Nd掺杂浓度为O. 05at. %至20at. % ;优选Nd掺杂浓度为O. Iat. %至5at.5.如权利要求I所述的稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，其特征在于，所述激光晶体Nd = YAG或Nd = YVO4为圆柱形或长方体形，长度为Imm 50mm;优选长度为I IOmm;进ー步优选激光晶体Nd = YAG或Nd = YVO4长度为4_8mm。6.如权利要求I所述的稳定脉冲能量的全固态角动量可调谐激光器，其特征在干，当谐振腔由输...
【专利技术属性】
技术研发人员：于浩海，赵永光，王正平，张怀金，许心光，王继扬，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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