CN112928588B - 一种多波长激光器 - Google Patents

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Abstract

一种多波长激光器，包括：成像结构谐振腔、增益介质、泵浦源；所述的成像结构腔的物面或像面上的光学元件，镀有针对不同波长的反射率不同的膜，使得各波长在每个镀膜区域的损耗不同，满足不同镀膜区域只有一种波长起振，实现激光器同时输出不同波长的激光，同时各类波长的空间占比、形状和能量占比通过激光镀膜控制。本发明实现了空间占比和能量占比可以自由调整的多波长输出，同时使得不同波长的激光在增益介质中的分布区域不同，避免了各波长的竞争。

Description

一种多波长激光器
技术领域
本发明涉及激光领域，尤其涉及一种多波长激光器。
背景技术
双波长激光器应用在激光医疗、激光光谱学、激光雷达、激光测量及非线性频率转换(太赫兹)等领域。目前产生双波长的主要原理是，增益介质不同发射峰(不同波长)的增益不一样，通过提高泵浦和控制输出镜的透过率使得增益较弱的发射峰的增益超过振荡阈值，获得双波长，但这种双波长激光器的双波长都处于低阶横模，处于同一空间域，两个波长处于竞争状态，在泵浦阈值附近只有增益最大的一个波长可以起振。
发明原理
传统的激光器，由于不同阶次的横模之间的损耗区别很大，导致只能有几个低阶横模产生，因此在传统激光器腔型产生的多波长是在同一空间，由于多波长在同一空间，因此会产生竞争，导致不同波长的输出不稳定，且能量占比也不能控制；传统的激光器一般最多产生两个波长，是由增益介质最大的两个增益峰值产生的。成像结构腔的激光腔型，不同横模的增益和损耗基本都是相同的，因此可以支持几万个横模同时起振，在成像腔的成像面上的光学元件上镀针对不同波长的光，反射率或者透过率不同，保证他们的损耗区别很大，这样在此镀膜区域只会有一种波长的激光起振，因此不同波长起振的区域大小、形状及能量占比都可以通过镀膜实现。
发明内容
本发明提出了一类新型多波长激光器，其特点在于，利用成像结构的谐振腔和腔镜镀膜工艺，使得不同波长的激光在增益介质中的分布区域不同，避免了各波长的竞争；且不同波长的空间占比、形状和能量占比调整相对比较自由。这种异空间多波长激光器在与物质相互作用中可以产生特殊作用。例如，在激光医疗过程中，不同组织对不同波长的激光反应不同，尤其是组织之间相邻时显得尤为重要，可以一次性进行处理，避免单波长激光多次作用过程中对其他组件进行的损伤。除了医疗，在工业加工过程中，尤其是批量生产异形件时，效率可以大大提高。
本发明技术解决方案如下：
一种新型多波长激光器，包括：成像结构谐振腔、增益介质、泵浦源，所述的成像结构腔的物面上的光学元件，镀有针对不同波长的反射率不同的膜，使得各波长在每个镀膜区域的损耗不同，满足不同镀膜区域只有一种波长起振，实现激光器同时输出不同波长的激光，各类波长的空间占比、形状和能量占比可以通过激光镀膜控制。
所述的成像结构谐振腔是带有透镜或者其他二元光学元件的成像***。一般由物面、像面和频谱面组成(4F***)，但也可以由物面和频谱面组成(半4F***)。
所述的成像结构的谐振腔，可以通过透镜实现，也可以通过二元光学元件等其他光学元件实现。
所述的泵浦源，用于对激光增益介质进行激励，可以采用侧面泵浦或者端面泵浦的方式。
所述的成像结构谐振腔的物面上的光学元件，可以根据实际需求设计，在光学元件的表面镀有结构的激光膜，不同波长的激光的反射率不同，使得各波长损耗不同(也可以特别针对其他波长的激光设计为增透效果)，从而实现此区域只有一种波长起振，进一步的，不同波长的激光在激光增益介质中分区域工作，避免相互竞争，且腔镜镀膜可以方便的调节各个波长激光在总输出能量的占比。
所述的多波长激光器，其内光学元件镀膜可以根据实际情况进行选择，例如异形增益介质更优的增益介质的两个端面镀对激光有增透作用的激光膜，若选择端面泵浦结构则还可以选择镀对泵浦光也是高透的激光膜，若增益介质的端面作为物面，则增益介质的端面镀对不同波长激光反射率不同的膜。
所述的增益介质，可以是任意的能产生激光的介质，包括是单晶增益介质，激光陶瓷增益介质、激光玻璃增益介质等。
所述的增益介质，还可以是复合结构或者是带孔的复合结构。复合结构是指激光增益介质中激光掺杂离子可以是有一定分布的，例如激光增益介质中间部分不掺杂激光离子，***掺杂；再例如还可以在不同区域掺杂不同的激光离子；再例如激光增益介质两端的端帽也可以不掺杂激光离子，等等。
所述的多波长激光器，还可以包括电光开关、波片、起偏器等元件，用于多波长调Q输出。
所述的多波长激光器，还可以在频谱面面加入结构光孔，对激光横模分布进行调节。
与现有技术相比，本发明实现了空间占比和能量占比可以自由调整的多波长输出，同时使得不同波长的激光在增益介质中的分布区域不同，避免了各波长的竞争。这种异空间多波长激光器在与物质相互作用中可以产生特殊作用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1:本发明的简易结构示意图
图2a：实施例一结构示意图，4F结构的多波长激光器
图2b：实施例一中，全反镜镀膜示意图
图2c：实施例一中，输出镜镀膜示意图
图3：用二元光学元件作为频域转换的振荡器示意图
图4：半4F结构的多波长激光器示意图
图5：中间掺杂浓度高，边缘掺杂浓度低的复合增益介质
图6：两端有端帽的复合结构激光增益介质，端帽无掺杂，中心区域开孔
图7：多波长激光器调Q结构示意图
1:成像谐振腔；2：增益介质；3：泵浦源；4：全反镜；5：输出镜；6：透镜f1；7：透镜f2；8：二元光学元件1；9：二元光学元件2；10：掺杂浓度有分布的增益介质；11：带端帽的增益介质；12：电光开关；13:1/4波片；14：PBS偏振分光棱镜
具体实施方式
为使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对于本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。以下结合说明书附图和优选的具体实施例对本发明作进一步的说明和描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例一：
本实施例为一种多波长多波长激光器，如图2a所示，该激光多波长激光器包括：成像谐振腔(1)、增益介质(2)、泵浦源(3)、全反镜(4)、输出镜(5)、透镜f1(6)、透镜f2(7)。
成像结构的谐振腔(1)，成像***的截止频率越高，所能容纳的高阶模越多，高阶模与低阶模的损耗由成像腔的结构决定，这样的成像谐振腔结构允许高阶模的损耗几乎与低阶模的损耗相同。在本实施例中，成像结构的谐振腔的两个物面是全反镜和输出镜。图2(b)和图2(c)是反射镜的镀膜和输出镜的镀膜示意图，全反镜和输出镜对不同波长的镀膜是有区别的，从而使得不同波长的激光可以在增益介质的不同区域起振，波长1对应激光的低阶模，波长2对应激光的高阶模。
实施例二：
图三是用二元光学元件1(8)和二元光学元件2(9)代替普通透镜的实施例。二元光学元件可以代替传统透镜，具有高的衍射效率。若有其他可以代替透镜产生傅里叶变换，降低空间高频信息衍射损耗的器件，也包含在本专利权利要求范围内。
实施例三：
图4是半4F***构成的，物面是输出镜，频谱面是全反镜。增益介质位于透镜和输出镜之间。
实施例四：
本实施例是多波长调Q激光器的举例，在实施例一的基础上，加入了电光开关、1/4波片、偏振分光棱镜PBS，用于调Q。调Q的方式也可以改变，比如在PBS处，倒空腔设计，此时输出镜可以换成全反镜；再比如可以不用波片直接利用电光开关也可以实现；其他的调Q方式也包含在本专利权力要求范围内。
图5是复合增益介质的结构示意图，中间区域是低掺杂浓度，而边缘区域是高掺杂浓度。图6是两端有端帽的复合结构激光增益介质，端帽无掺杂，中心区域开孔。

Claims (9)

1.一种多波长激光器，包括：成像结构谐振腔（1）、增益介质（2）、泵浦源（3）；其特征在于，所述的成像结构腔（1）的物面或像面上的光学元件，镀有针对不同波长的反射率不同的膜，使得各波长在每个镀膜区域的损耗不同，满足不同镀膜区域只有一种波长起振，实现激光器同时输出不同波长的激光，同时各类波长的空间占比、形状和能量占比通过激光镀膜控制。
2.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于，所述的成像结构谐振腔（1）是指带有透镜或者其他二元光学元件的成像***。
3.如权利要求2所述的多波长激光器，其特征在于，所述的成像结构谐振腔（1）由物面、像面和频谱面组成，或由物面和频谱面组成。
4.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于，所述的成像结构的谐振腔（1）包括透镜或二元光学元件。
5.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于，所述的泵浦源（3），用于对激光增益介质进行激励，采用侧面泵浦或者端面泵浦的方式。
6.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于所述的增益介质（2）是任意的能产生激光的介质，包括是单晶增益介质，激光陶瓷增益介质、激光玻璃增益介质。
7.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于，所述的增益介质（2），还可以是复合结构或者是带孔的复合结构。
8.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于还可以在频谱面加入结构光孔，对激光横模分布进行调节。
9.如权利要求1所述的多波长激光器，其特征在于还包括电光开关、波片、起偏器，用于多波长调Q输出。
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