CN104953461A - 一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明阐述了一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括：泵浦源，用于发射泵浦光；光学谐振腔，所述光学谐振腔包括：端镜，所述端镜为一高反射镜，用于将所述泵浦光引入所述光学谐振腔内；耦合输出镜，与所述端镜间隔设置，所述耦合输出镜为一反射型布拉格体光栅；扭摆模腔，所述扭摆模腔包括：第一波片，设置于靠近所述泵浦源的一侧；第二波片，设置于远离所述泵浦源的一侧；增益介质，设置于所述第一波片和所述第二波片之间，用于产生基频激光；耦合聚焦装置，设置于所述泵浦源和所述光学谐振腔之间，将所述泵浦源发射的泵浦光聚焦至所述光学谐振腔。

Description

一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器
技术领域
本发明涉及固体激光器，尤其是光学谐振腔内倍频的窄线宽单纵模固体激光器。
背景技术
固体激光器通常包含激光二极管，光学谐振腔，增益介质，优化光束质量的光学元件，亦或包含波长转换的非线性晶体。固体激光器能在紧凑的结构上(＜10厘米)实现，并产生高光束质量的中高功率输出。因此，固体激光器被广泛应用到光存储，彩色显示，激光投影仪，机器视觉和生物技术及医疗诊断等领域。
请参见图1，其示出示出了现有技术中的一种固体激光器的结构示意图。如图1所示，固体激光器包括泵浦源101、光学谐振腔以及耦合聚焦装置102。所述光学谐振腔包括：端镜103、耦合输出镜105以及增益介质104。耦合聚焦装置102设置于泵浦源101和所述光学谐振腔之间，将泵浦源101发射的泵浦光聚焦至所述光学谐振腔的端镜103。该光学谐振腔的激光器能产生激光106。
通常，固体激光器是利用部分反射镜或双色镜作为耦合输出镜的。但是如果增益介质增益谱线包含多条紧邻的并具有不同增益的谱线，或者增益谱是宽连续谱，用传统的耦合输出镜去选择需要的激光波长已不再适用，这主要是因为部分反射镜或双色镜的常规镀膜厚度不能对不需要的相邻谱线实现足够的强度衰减。如果要用传统的耦合输出镜，其膜系结构要经过复杂的设计，而且通常需要更厚的膜厚，这不仅增加了镀膜的技术难度而且也大幅提高了镀膜的成本。对于利用Nd：YAG作为增益介质的固体激光器尤其如此，因为Nd：YAG晶体的发射谱线有20多条，其中的一些波长间隔很小，如1053nm、10641nm、1064nm、1073nm、1078nm、1112nm和1122nm。为了解决上述问题，光学标准具，双色滤波器，Lyot滤波器或者色散性棱镜被置于光学谐振腔中选择所需波长。尽管这些光学器件能够有效地选择所需波长，但同时也带有副作用，比如增加了腔内损耗，使谐振腔结构更复杂，从而导致激光输出功率降低和激光运行不稳定。
此外，固体激光器一般采用驻波腔作为光学谐振腔。由于腔中驻波模式的存在，增益会沿增益介质轴向呈现周期性饱和，导致空间烧孔的出现，这种现象严重影响单纵模的运行和激光的稳定性。为了消除空间烧孔，常用的方法是用电光调制器移动某个腔镜使驻波模式在增益介质中移动从而避免出现稳定的周期性饱和增益，但光电调制器的存在使谐振腔结构复杂，影响激光稳定性。一种更实用的方法是利用单向环形谐振腔，在这种腔中光波沿单一方向循环传播从而避免了驻波的出现。环形腔有两个方向，如果光波在一个方向上传播的损耗比沿另一方向传播的损耗大，激光将沿损耗低的方向运行起来。这种损耗差异可以通过***一个法拉第旋光器和一个半波片来实现，因为这样的一个组合会产生依赖与传播方向的偏振旋转，使光波沿一个方向传播是保持偏振不变而沿另一个方向传播时则偏振发生旋转。但是***这些光学器件会增加腔内损耗从而增加出光阈值，另外相比于驻波谐振腔，单向环形腔通常占有更大的体积，很难实现适用于上述应用小型化器件。
发明内容
针对现有技术中实现窄线宽单纵模的固体激光器的缺陷，本发明的目的是提出一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其通过设置扭摆模腔、以反射型布拉格体光栅作为耦合输出镜，实现稳定的单纵模运行和窄线宽输出。
根据本发明的一个发明提供一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括：泵浦源，用于发射泵浦光；光学谐振腔，所述光学谐振腔包括：端镜，所述端镜为一高反射镜，用于将所述泵浦光引入所述光学谐振腔内；耦合输出镜，与所述端镜间隔设置，所述耦合输出镜为一反射型布拉格体光栅；扭摆模腔，所述扭摆模腔包括：第一波片，设置于靠近所述泵浦源的一侧；第二波片，设置于远离所述泵浦源的一侧；增益介质，设置于所述第一波片和所述第二波片之间，用于产生基频激光；耦合聚焦装置，设置于所述泵浦源和所述光学谐振腔之间，将所述泵浦源发射的泵浦光聚焦至所述光学谐振腔。
优选地，所述高反射镜对所选的基频光及其倍频光产生超过99.8％的反射率。
优选地，所述高反射镜为入射表面设有高反射膜的镜片或者入射表面设置有高反射膜的光学元件。
优选地，所述第一波片靠近所述泵浦源的一侧表面设有高反射膜，作为所述高反射镜。
优选地，所述光学谐振腔还包括一倍频晶体，用于将基频光转化成其二次谐波。
优选地，所述增益介质、倍频晶体、第一波片以及第二波片通过光胶胶合在一起以减少腔内损耗。
优选地，所述倍频晶体设置于所述第一波片与增益介质之间或者所述增益介质与第二波片之间。
优选地，所述倍频晶体设置于所述扭摆模腔外。
优选地，所述倍频晶***于所述扭摆模腔外、靠近所述泵浦源的一侧，作为所述高反射镜，所述倍频晶体靠近所述泵浦源的一侧表面设有高反射膜。
优选地，所述倍频晶体为第一类相位匹配晶体。
优选地，所述高反射镜为一凹面镜，所述凹面镜的靠近所述泵浦源的一侧表面设有增透膜，其远离所述泵浦源的一侧表面为凹面，且设有高反射膜、部分反射膜以及增透膜。
优选地，所述光学谐振腔为一V型腔，其还包括一反射镜，光经所述反射镜反射至所述耦合输出镜。
优选地，所述第一波片和所述第二波片均为一四分之一波片。
优选地，所述第一波片和第二波片的快/慢轴的指向与所述倍频晶体的相位匹配类型和光轴指向相适应。
优选地，所述泵浦源为固体激光源、半导体激光源或气体激光源中的任一种。
优选地，所述反射型布拉格体光栅的布拉格波长为所选基频激光波长。
优选地，所述反射型布拉格体光栅的布拉格波长与所述增益介质的一条分离增益谱线的中心波长或者连续增益谱线中的一个波长相对应。
优选地，所述反射型布拉格体光栅对所选基频光的反射率超过99.5％。
优选地，所述反射型布拉格体光栅的表面镀有对所选基频光及其二次谐波增透的增透膜。
优选地，所述增益介质为具有分离增益谱线的介质或者具有连续增益谱线的介质。
优选地，所述增益介质为掺钕钇铝石榴石、掺钕矾酸钇、掺钛蓝宝石、或者掺铬镁橄榄石中的任一种。
优选地，所述倍频晶体为光学非线性晶体、周期性极化晶体，可将基频光转化成二次谐波。
本发明揭示了一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其结合扭摆模腔和反射型布拉格体光栅来实现单纵模运行和窄线宽输出。其中，扭摆模腔可用于消除空间烧孔，反射型布拉格体光栅可作为耦合输出镜并以极高的精度选择所需波长。也即，窄线宽特性通过利用反射型体光栅作为耦合输出镜实现，单纵模运行通过结合扭摆模腔和反射型体光栅的窄带宽来保障的，用扭摆模腔替代驻波腔可有效地消除空间烧孔从而保证单纵模的运行。
需要说明的是，虽然扭摆模腔和反射型布拉格体光栅为已现有技术，但本发明的关键技术是将扭摆模腔和反射型体光栅结合来实现在任意增益谱线上选择任意波长进行激光振荡输出，同时保证稳定的单纵模运行、窄线宽激光输出，以更为小巧、紧凑的结构实现了体积较大的环形谐振腔激光器的所有特性。并且，光学谐振腔中还***一倍频晶体，从而产生二次谐波激光却无“绿光问题”。该固体激光器具有输出功率的高稳定性和高可靠性、良好的光束质量及低噪声等优点。
附图说明
图1为现有技术的一种固体激光器结构示意图；
图2为本发明的第一实施例的固体激光器的结构示意图；
图3为本发明的第二实施例的固体激光器的结构示意图；
图4为本发明的第三实施例的固体激光器的结构示意图；以及
图5为本发明的第四实施例的固体激光器的结构示意图。
具体实施方式
依据本发明主旨构思，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括：泵浦源，用于发射泵浦光；光学谐振腔，所述光学谐振腔包括：端镜，所述端镜为一高反射镜，用于将所述泵浦光引入所述光学谐振腔内；耦合输出镜，与所述端镜间隔设置，所述耦合输出镜为一反射型布拉格体光栅；扭摆模腔，所述扭摆模腔包括：第一波片，设置于靠近所述泵浦源的一侧；第二波片，设置于远离所述泵浦源的一侧；增益介质，设置于所述第一波片和所述第二波片之间，用于产生基频激光；耦合聚焦装置，设置于所述泵浦源和所述光学谐振腔之间，将所述泵浦源发射的泵浦光聚焦至所述光学谐振腔。
下面结合附图和实施例对本发明的技术内容进行进一步地说明。
第一实施例
请参见图2，其示出了本发明的第一实施例的固体激光器的结构示意图。在图2所示的优选实施例中，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括：泵浦源201、光学谐振腔以及耦合聚焦装置202。
泵浦源201用于发射泵浦光。泵浦源201为固体激光源、半导体激光源或气体激光源中的任一种。优选地，泵浦源201为泵浦激光二极管，所述泵浦激光二极管是发射波长为808nm的半导体激光二极管。
所述光学谐振腔包括：端镜、耦合输出镜207、扭摆模腔、倍频晶体204以及增益介质205。
所述端镜为一高反射镜，用于将泵浦光引入所述光学谐振腔内。优选地，所述高反射镜对所选的基频光及其倍频光产生超过99.8％的反射率。所述高反射镜为表面设有高反射膜的镜片或者表面设置有高反射膜的光学元件。
所述扭摆模腔设置于所述高反射镜和耦合输出镜27之间。所述扭摆模腔包括第一波片203和第二波片206。第一波片203设置于靠近泵浦源201的一侧，第二波片206设置于远离泵浦源201的一侧，用于改变光电场矢量的偏振方向。
优选地，第一波片203和第二波片206均为一四分之一波片。为了使光波的偏振状态在经过一次往返传播后满足自洽条件，在两个四分之一波片的外侧光波必须是线性偏振的，而在两个四分之一波片之间，光波必须是圆偏振的。相向传播的光波通过干涉在两个四分之一波片之间产生随位置旋转的线偏振电场矢量，形成电场矢量螺旋。电场矢量的强度在光学谐振腔中任何一点，包括增益介质中任何一点，都是相同的，这就使增益饱和在任何一点也都是相同的，从而避免了空间烧孔的发生。
在图2所示实施例中，第一波片203作为所述高反射镜，其靠近泵浦源201的一侧表面设有高反射膜。第一波片203对波长1122.2nm的光波是四分之一波片，对波长561.1nm的光波为半波片，其光轴在图2所示的坐标系的X轴和Y轴所在平面内，且与X轴之间的夹角成45度。第一波片203的入射表面镀有对1122.2nm光波和561.1nm光波的反射率超过99.8％的高反膜，并镀有对946nm和1064nm光波的反射率低于40％的部分反射膜，另外还镀有对808nm光波的反射率小于1％的增透膜。
第二波片206对波长1122.2nm的光波是四分之一波片，对波长561.1nm的光波为半波片，其光轴在图2所示的坐标系的X轴和Y轴所在平面内，且沿Y轴方向。为了减少所述扭摆模腔内的损耗，第二波片206的出射表面镀有对所有光波反射率低于0.2％的增透膜。
增益介质205设置于第一波片203和第二波片206之间。用于产生基频激光。优选地，增益介质205为掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)、掺钕矾酸钇(Nd：YVO4)、掺钛蓝宝石(Ti：Al2O3)、或者掺铬镁橄榄石(Cr：Mg2SiO4)中的任一种。在图2所示的优选实施例中，增益介质205为1.1％掺杂的Nd：YAG(Nd：Y3Al5O12)晶体。需要说明的是，本发明的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器不仅可以在具有分离增益谱线的介质(例如掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG))中选择波长，而且还可以在具有连续增益谱线的介质(例如掺铬镁橄榄石(Cr：Mg2SiO4))中选择波长，因此，增益介质205可以是具有分离增益谱线的介质或者具有连续增益谱线的介质。在此实施例中，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器优选地从掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)的增益介质205中选择了主谱线1064nm的光波，而在一些变化例中，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器也可以从掺钕钇铝石榴石(Nd：YAG)的增益介质205中选择强度弱一个数量级的谱线，例如选择谱线为1122.2nm的光波。由于所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器可以在任意增益谱线上选择任意波长进行激光振荡输出，因此上述变化例均可予以实现，在此不予赘述。
如图2所示，倍频晶体204设置于第一波片203与增益介质205之间。倍频晶体204用于将基频光转化成其二次谐波，通过调节相位匹配得到最大的二次谐波输出。倍频晶体204可以是光学非线性晶体、周期性极化晶体、或者其他可将基频光转化成二次谐波的晶体。优选地，倍频晶体204为一块KTP(KTiOPO4)晶体，KTP晶体的方位角为0度，其z轴在图2中坐标系X轴和Z轴所在平面内，与图2中Z轴的夹角成75.4度，该夹角正是1122.2nm的基频光在KTP晶体内的相位匹配角。其中，第一波片203和第二波片206的快/慢轴的指向与倍频晶体204的相位匹配类型和光轴指向相适应。在一些变化例中，倍频晶体204也可以设置于增益介质205与第二波片206之间。这些实施例同样可以予以实现，此处不予赘述。
进一步地，在图2所示的优选例中，增益介质205、倍频晶体204、第一波片203以及第二波片206通过光胶胶合在一起以减少腔内损耗。
耦合输出镜207与扭摆模腔间隔设置。在本发明的优选实施例中，耦合输出镜207为一反射型布拉格体光栅。
布拉格体光栅是由光热折变玻璃制作的。当光热折变玻璃受紫外光照射并经后续热处理后，在玻璃内形成永久的周期性的折射率改变，从而形成相位衍射性体光栅。当入射光波长在光栅上满足布拉格条件时，最大的衍射率会在该波长上发生，这样的波长被称为布拉格体光栅的布拉格波长或中心波长。对于大多数布拉格体光栅来说，其布拉格波长精度可控制在0.1nm到0.5nm之间，对应的布拉格波长谱线的半高全宽精度可控制在0.1nm到0.3nm之间。布拉格体光栅对可见光到近红外光范围内的光波吸收和散射很低，这使其能损伤阈值对连续光可达10KW/cm2，对脉冲光达10J/cm2。根据全球知名布拉格体光栅生产商OptiGrate提供的数据，该公司生产的布拉格体光栅可提供20皮米(10-12米)的超窄光谱选择灵敏度和100微弧度的角度灵敏度。另外，布拉格体光栅还具有长期稳定性，可靠性和低损耗的性质，可用来激光谐振腔中的选频器件。
布拉格体光栅分透射型和反射型两种。反射型布拉格体光栅是用在反射情形下的布拉格体光栅，就是衍射光线和入射光线相交于布拉格体光栅的同一端面内。反射型布拉格体光栅的一种极端情形是折回式反射，即衍射光线沿入射光线反方向出射。因此，这种布拉格体光栅可用来做为激光器的光学谐振腔的耦合输出镜。当一个反射型布拉格体光栅被用作耦合输出镜时，波长与该反射型布拉格体光栅的布拉格波长相同的光波几乎完全反射，而其他波长的光波则几乎完全透过该光栅。布拉格体光栅的布拉格波长是由光栅的周期性折射率结构决定的。因此增益曲线内的任何谱线均可以通过调节光栅的周期性结构参数被选出来受激放大形成激光输出。根据上述的布拉格体光栅的优越特性，反射型布拉格体光栅可以以极高的精度从增益谱线中选择所需的任意谱线，包括紧密相连的谱线中的某个谱线，或者连续谱中的某条谱线。通过反射型布拉格体光栅的超窄带宽和在其布拉格波长上的高反射率，使得反射型布拉格体光栅能从密集谱线，弱增益谱线甚至宽连续谱中选出所需要的波长。
在本发明所示实施例中，所述反射型布拉格体光栅的布拉格波长(中心波长)即为所选基频激光波长。所述反射型布拉格体光栅的布拉格波长与增益介质205的某条分立增益谱线的中心波长或者连续增益谱线中的某个波长相对应。所述反射型布拉格体光栅的表面镀有对所选基频光及其二次谐波增透的增透膜。在此实施例中，该反射型布拉格体光栅的布拉格波长为1122.2nm、半高全宽带宽为0.18nm、该波长上的反射率超过99.5％。且所述反射型布拉格体光栅的入射和出射表面均镀有反射率低于0.2％的1122.2nm和561.1nm的增透膜。
耦合聚焦装置202设置于泵浦源201和所述光学谐振腔之间，将泵浦源201发射的泵浦光聚焦至所述光学谐振腔。如图2所示，耦合聚焦装置202设置于泵浦源201和第一波片203之间。耦合聚焦装置202优选地为一个自聚焦(Grin)透镜或者光学汇聚***。
综上所述，图2所示的第二实施例为平-平腔结构的腔内倍频固体激光器。该固体激光器能产生波长在561.1nm的黄绿光连续激光208。
第二实施例
请参见图3，其示出了本发明的第二实施例的固体激光器的结构示意图。如图3所示，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括泵浦源301、耦合聚焦装置302以及所述光学谐振腔。其中，泵浦源301、耦合聚焦装置302与上述图2所示的第一实施例相同。与上述图2所示第一实施例不同的是，在此实施例中，所述光学谐振腔还包括一凹面镜303。凹面镜303作为高反射镜，凹面镜303的靠近泵浦源301的一侧表面(入射面)为平面，且设有增透膜，其远离泵浦源301的一侧表面为凹面，且设有高反射膜、部分反射膜以及增透膜。
具体来说，所述光学谐振腔包括：凹面镜303、第一波片304、倍频晶体305、增益介质306、第二波片307和耦合输出镜308。
在图3所示实施例中，凹面镜303的入射表面镀有对808nm光波的反射率低于0.5％的增透膜，其凹面镀有对1122.2nm光波和561.1nm光波的反射率超过99.8％的高反膜，并镀有对946nm和1064nm光波的反射率低于40％的部分反射膜，另外还镀有对808nm光波的反射率小于1％的增透膜。在本实施例中，凹面镜303为入射面为平面、出光面为凹面的平凹透镜，但不限于此，其例如也可以是入射面为凸面和出光面为凹面的凹面镜等。
第一波片304与上述图2所示的第一实施例不同之处仅在于，由于第一波片304在此实施例中不作为高反射镜，因此，其靠近泵浦源301的一侧表面(入射表面)不设有高反射膜、部分反射膜以及增透膜等。而倍频晶体305、增益介质306、第二波片307均与图2所示的第一实施例中相同。且优选地，第一波片304、倍频晶体305、增益介质306、第二波片307也通过光胶胶合在一起以减少腔内损耗。
耦合输出镜308与上述图2所示的第一实施例相同，使用反射型布拉格体光栅，在此不予赘述。
综上所述，图3所示的第二实施例为平-凹腔结构的腔内倍频固体激光器。该固体激光器能产生波长在561.1nm的黄绿光连续激光309。
第三实施例
请参见图4，其示出了本发明的第三实施例的固体激光器的结构示意图。如图4所示，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括泵浦源401、耦合聚焦装置402以及所述光学谐振腔。其中，泵浦源401、耦合聚焦装置402与上述图2所示的第一实施例相同。与上述图2所示第一实施例不同的是，在此实施例中，倍频晶体403设置于所述扭摆模腔外(即不设于第一波片404和第二波片406之间)，且位于靠近泵浦源401的一侧，作为所述高反射镜，倍频晶体403靠近泵浦源401的一侧表面(入射表面)设有高反射膜。
其中，倍频晶体403需为第一类相位匹配晶体。进而，使用四分之一波片的第一波片404和第二波片406的快/慢轴之间的夹角可以是任意的。进一步地，基频光在四分之一波片的外表面处是线偏振的，如果该偏振方向和倍频晶体的光轴方向平行，则基频光光电场矢量在晶体中传播的过程中不产生偏振旋转，这样基频光被最大程度的用来产生二次谐波。
具体来说，所述光学谐振腔包括：倍频晶体403、第一波片404、增益介质405、第二波片406和耦合输出镜407。
在此实施例中，倍频晶体403为一块BBO(Beta-BaB2O4)晶体，BBO晶体的方位角为0度，其o轴在图4所示的坐标系的X轴与Z轴所在平面内，与Z轴之间的夹角成22.1度，该夹角正是1122.2nm基频光在BBO晶体内的相位匹配角。倍频晶体403的入射表面镀有对1122.2nm光波和561.1nm光波的反射率超过99.8％的高反膜，并镀有对946nm和1064nm光波的反射率低于40％的部分反射膜，另外还镀有对808nm光波的反射率小于1％的增透膜。
第一波片404与上述图2所示的第一实施例不同之处仅在于，由于第一波片404在此实施例中不作为高反射镜，因此，其靠近泵浦源401的一侧表面(入射表面)不设有高反射膜、部分反射膜以及增透膜等。而增益介质405、第二波片406均与图2所示的第一实施例中相同。且优选地，倍频晶体403、第一波片404、增益介质405、第二波片406也通过光胶胶合在一起以减少腔内损耗。
综上所述，图4所示的第三实施例为平-平腔结构的腔内倍频固体激光器。该固体激光器能产生波长在561.1nm的黄绿光连续激光408。
进一步地，在一个变化例中，倍频晶体403可以设置于所述扭摆模腔外、位于远离泵浦源401的一侧。在此变化例中，倍频晶体403仍需为第一类相位匹配晶体。第一波片404与第二实施例中相同仍作为高反射镜，其入射表面镀有高反射膜，而倍频晶体403的入射表面并不镀高反射膜，且倍频晶体403为第一类相位匹配晶体，优选地为一块BBO(Beta-BaB2O4)晶体。该变化例同样可以予以实现，此处不予赘述。
第四实施例
请参见图5，其示出了本发明的第四实施例的固体激光器的结构示意图。如图5所示，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括泵浦源501、耦合聚焦装置502以及所述光学谐振腔。与上述图2所示第一实施例不同的是，在此实施例中，所述光学谐振腔为一V型腔。具体地，所述光学谐振腔包括：第一波片503、倍频晶体504、增益介质505、第二波片506、耦合输出镜507以及反射镜509。泵浦源501发射的泵浦光的发射方向与耦合输出镜507产生的激光的方向不同。如图5所示，反射镜509间隔设置于第二波片506的远离泵浦源501的一侧，耦合输出镜507设置于第一波片503、倍频晶体504、增益介质505以及第二波片506的下方。反射镜对基频光和倍频光反射率超过99.9％，第二波片506射出的光波经反射镜509反射后射入耦合输出镜507，此过程的光路大致呈V形。
进一步，上述V型腔同样可以应用于图3和图4所示的实施例中，例如图4所述的第三实施例，反射镜509可以设置于第二波片406的远离泵浦源401的一侧，第二波片406射出的光波经反射镜509反射后呈V字形射入耦合输出镜407。在此不予赘述。
综上所述，图5所示的第四实施例为V型腔结构的腔内倍频固体激光器。该固体激光器能产生波长在561.1nm的黄绿光连续激光508。
综上，本发明上述实施例阐述了一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其结合扭摆模腔和反射型布拉格体光栅来实现单纵模运行和窄线宽输出。其中，扭摆模腔可用于消除空间烧孔，反射型布拉格体光栅可作为耦合输出镜并以极高的精度选择所需波长。也即，窄线宽特性通过利用反射型体光栅作为耦合输出镜实现，单纵模运行通过结合扭摆模腔和反射型体光栅的窄带宽来保障的，用扭摆模腔替代驻波腔可有效地消除空间烧孔从而保证单纵模的运行。
需要说明的是，虽然扭摆模腔和反射型布拉格体光栅为已现有技术，但本发明的关键技术是将扭摆模腔和反射型体光栅结合来实现在任意增益谱线上选择任意波长进行激光振荡输出，同时保证稳定的单纵模运行、窄线宽激光输出，以更为小巧、紧凑的结构实现了体积较大的环形谐振腔激光器的所有特性。并且，光学谐振腔中还***一倍频晶体，从而产生二次谐波激光却无“绿光问题”。该固体激光器具有输出功率的高稳定性和高可靠性、良好的光束质量及低噪声等优点。
虽然本发明已以优选实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。例如，增益介质和倍频晶体可以使用上述实施例中未提到的其他的倍频晶体；耦合聚焦装置可以使用不同于Grin透镜的其他透镜或者其他光学器件组合。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定的范围为准。

Claims (22)

1.一种基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器包括：
泵浦源，用于发射泵浦光；
光学谐振腔，所述光学谐振腔包括：
端镜，所述端镜为一高反射镜，用于将所述泵浦光引入所述光学谐振腔内；
耦合输出镜，与所述端镜间隔设置，所述耦合输出镜为一反射型布拉格体光栅；
扭摆模腔，所述扭摆模腔包括：
第一波片，设置于靠近所述泵浦源的一侧；
第二波片，设置于远离所述泵浦源的一侧；
增益介质，设置于所述第一波片和所述第二波片之间，用于产生基频激光；
耦合聚焦装置，设置于所述泵浦源和所述光学谐振腔之间，将所述泵浦源发射的泵浦光聚焦至所述光学谐振腔。
2.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述高反射镜对所选的基频光及其倍频光产生超过99.8％的反射率。
3.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述高反射镜为入射表面设有高反射膜的镜片或者入射表面设置有高反射膜的光学元件。
4.根据权利要求3所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述第一波片靠近所述泵浦源的一侧表面设有高反射膜，作为所述高反射镜。
5.根据权利要求3所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述光学谐振腔还包括一倍频晶体，用于将基频光转化成其二次谐波。
6.根据权利要求5所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述增益介质、倍频晶体、第一波片以及第二波片通过光胶胶合在一起以减少腔内损耗。
7.根据权利要求5所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述倍频晶体设置于所述第一波片与增益介质之间或者所述增益介质与第二波片之间。
8.根据权利要求5所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述倍频晶体设置于所述扭摆模腔外。
9.根据权利要求8所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述倍频晶***于所述扭摆模腔外、靠近所述泵浦源的一侧，作为所述高反射镜，所述倍频晶体靠近所述泵浦源的一侧表面设有高反射膜。
10.根据权利要求8所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述倍频晶体为第一类相位匹配晶体。
11.根据权利要求1至3或5至8或10中任一项所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述高反射镜为一凹面镜，所述凹面镜的靠近所述泵浦源的一侧表面设有增透膜，其远离所述泵浦源的一侧表面为凹面，且设有高反射膜、部分反射膜以及增透膜。
12.根据权利要求1至10中任一项所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述光学谐振腔为一V型腔，其还包括一反射镜，光经所述反射镜反射至所述耦合输出镜。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述第一波片和所述第二波片均为一四分之一波片。
14.根据权利要求5至10中任一项所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述第一波片和第二波片的快/慢轴的指向与所述倍频晶体的相位匹配类型和光轴指向相适应。
15.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述泵浦源为固体激光源、半导体激光源或气体激光源中的任一种。
16.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述反射型布拉格体光栅的布拉格波长为所选基频激光波长。
17.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述反射型布拉格体光栅的布拉格波长与所述增益介质的一条分离增益谱线的中心波长或者连续增益谱线中的一个波长相对应。
18.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述反射型布拉格体光栅对所选基频光的反射率超过99.5％。
19.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述反射型布拉格体光栅的表面镀有对所选基频光及其二次谐波增透的增透膜。
20.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述增益介质为具有分离增益谱线的介质或者具有连续增益谱线的介质。
21.根据权利要求1所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述增益介质为掺钕钇铝石榴石、掺钕矾酸钇、掺钛蓝宝石、或者掺铬镁橄榄石中的任一种。
22.根据权利要求5至7中任一项所述的基于扭摆模腔和体光栅的固体激光器，其特征在于，所述倍频晶体为光学非线性晶体、周期性极化晶体，可将基频光转化成二次谐波。
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