CN220710837U - 一种窄线宽ld泵浦固体激光器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种窄线宽LD泵浦固体激光器装置，包括依次排列的全反镜(1)、偏振片(2)、第一1/4波片(3)、激光晶体(4)、LD泵浦源(5)、第二1/4波片(6)和体布拉格光栅(7)，各个光学元件轴心处于同一水平线上，与激光器出射激光光轴对齐；其中：LD泵浦源(5)用于对激光晶体(4)进行激励；全反镜(1)与体布拉格光栅(7)构成激光器谐振腔；第一1/4波片(3)和第二1/4波片(6)之间形成扭转模腔，扭转模腔与偏振片(2)组合对激光器谐振腔内的激光偏振态进行控制，得到线偏振光；通过体布拉格光栅(7)实现光谱选择。本实用新型的窄线宽LD泵浦固体激光器装置结构简单，对线宽的压缩效果好，可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光技术领域，尤其涉及一种窄线宽LD泵浦固体激光器装置。
背景技术
固体激光器作为激光器的一个重要分支，有着相比于其他类型的激光器更高的输出功率和输出能量，在科研、医疗、军事和工业等领域都有着十分重要的地位。随着固体激光技术的应用渗透，对于激光器性能需求也越高，如激光波长、输出功率以及线宽等。其中，激光线宽是衡量激光相干性的重要因素，无论是对科学研究还是现实应用都具有重要意义。相干性是激光区别于其他光源的重要特征，一直是激光技术研究的热点问题。线宽较窄的激光源通常意味着较好的时间相干性，对应于较长的相干长度。所以压缩激光线宽逐渐成为获得高相干光源的关键手段。窄线宽激光器与常规的多纵模激光器相比，由于其光谱纯度好、峰值谱密度高、相干距离长、相位噪声小、谱线宽度窄等优点，在引力波探测、光学时钟、冷原子物理、相干光通信、光学精密测量、微波光学信息处理等领域有着重要的应用，是激光技术重要的研究方向。
目前，国内外获得窄线宽特性激光输出的方法通常有短腔法、F-P标准具法、环形腔法、短程吸收法、种子注入技术、耦合腔法、双折射滤波片法、复合腔法、Q开关法和扭转模腔法以及它们的组合形式等，但由于一般得到的线宽结果不够理想或结构复杂或稳定性差等原因，使得窄线宽激光器的应用受到了限制。为使激光器实现稳定窄线宽输出，不得不增加防振、温控等装置，以维持窄线宽激光器长时间稳定工作，这就大大影响和限制了窄线宽激光器的应用。因此，现有技术中的获得窄线宽特性激光输出的装置结构复杂，对线宽的压缩效果较差，且可靠性较差。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种窄线宽LD泵浦固体激光器装置，以解决上述问题。
根据本实用新型的第一方面，提供一种窄线宽LD泵浦固体激光器装置，包括依次排列的全反镜(1)、偏振片(2)、第一1/4波片(3)、激光晶体(4)、LD泵浦源(5)、第二1/4波片(6)和体布拉格光栅(7)，各个光学元件轴心处于同一水平线上，与激光器出射激光光轴对齐；其中：LD泵浦源(5)用于对激光晶体(4)进行激励；全反镜(1)与体布拉格光栅(7)构成激光器谐振腔；第一1/4波片(3)和第二1/4波片(6)之间形成扭转模腔，扭转模腔与偏振片(2)组合对激光器谐振腔内的激光偏振态进行控制，得到线偏振光；通过体布拉格光栅(7)实现光谱选择。
在本实用新型的另一实现方式中，激光器发射的激光经过偏振片(2)变成线偏振光，线偏振光经过第一1/4波片(3)变为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光经过第二1/4波片(6)时变成水平线偏振光，水平线偏振光经过体布拉格光栅(7)反射后再次经过第二1/4波片(6)，水平线偏振光变成右旋圆偏振光，在激光晶体(4)中存在两个传播方向相反，旋向相反的圆偏振光，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光叠加成一个有确定方向的线偏振光，有确定方向的线偏振光经过体布拉格光栅(7)得到窄线宽激光。
在本实用新型的另一实现方式中，激光器为Nd:YAG固体激光器，采用808nmLD侧面泵浦方式，输出波长1064nm。
在本实用新型的另一实现方式中，激光晶体(4)为激光晶体Nd:YAG，尺寸为ф3*65mm，晶体掺杂原子数分数为0.65％。
在本实用新型的另一实现方式中，全反镜(1)为平面反射镜，采用K9玻璃制造，尺寸为ф10*2mm，反射面镀全反射膜HR@1064nm。
在本实用新型的另一实现方式中，偏振片(2)以布儒斯特角放置，第一1/4波片(3)和第二1/4波片(6)的快、慢轴相互垂直，且与偏振片(2)的偏振方向夹角为57°。
在本实用新型的另一实现方式中，体布拉格光栅(7)为反射式体布拉格光栅，端面尺寸为5.0*5.0mm,厚度为6.9mm，具有光谱选择功能。
在本实用新型的窄线宽LD泵浦固体激光器装置中，扭转模腔由两个1/4波片和一个偏振片组成，保证了激光能一直以圆偏振光通过激光晶体，即在激光晶体中存在两个传播方向相反、旋向相反的圆偏振光，圆偏振光的激光空间光强分布均匀，两个圆偏振光在激光晶体任意一个截面内的相位关系是确定的，即可以叠加成一个有确定方向的线偏振光；以体布拉格光栅作为谐振腔输出镜并结合扭转模腔的复合结构来实现选模，体布拉格光栅对腔内振荡激光实现不同角度的选择性透过，并且作为输出镜实现窄线宽激光输出；该装置结构简单、压缩线宽效果好、可靠性高且可以输出稳定pm量级窄线宽激光。
附图说明
为了更清楚的说明本实用新型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作简单地介绍，通过阅读下文实施方式的详细描述，方案中的优点和益处对于本领域的技术人员变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。在附图中：
图1为本实用新型的一个实施例的窄线宽LD泵浦固体激光器装置图。
附图标记：1-全反镜，2-偏振片，3-第一1/4波片，4-激光晶体，5-LD泵浦源，6-第二1/4波片，7-体布拉格光栅。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本实用新型实施例中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型实施例中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型实施例保护的范围。
图1为本实用新型实施例提供的一种窄线宽LD泵浦固体激光器装置图，如图1所示，本实施例主要包括：
窄线宽LD泵浦固体激光器装置包括依次排列的全反镜(1)、偏振片(2)、第一1/4波片(3)、激光晶体(4)、LD泵浦源(5)、第二1/4波片(6)和体布拉格光栅(7)，各个光学元件轴心处于同一水平线上，与激光器出射激光光轴对齐；其中：LD泵浦源(5)用于对激光晶体(4)进行激励；全反镜(1)与体布拉格光栅(7)构成激光器谐振腔；第一1/4波片(3)和第二1/4波片(6)之间形成扭转模腔，扭转模腔与偏振片(2)组合对激光器谐振腔内的激光偏振态进行控制，得到线偏振光；通过体布拉格光栅(7)实现光谱选择。
在本实用新型的窄线宽LD泵浦固体激光器装置中，扭转模腔由两个1/4波片和一个偏振片组成，保证了激光能一直以圆偏振光通过激光晶体，即在激光晶体中存在两个传播方向相反、旋向相反的圆偏振光，圆偏振光的激光空间光强分布均匀，两个圆偏振光在激光晶体任意一个截面内的相位关系是确定的，即可以叠加成一个有确定方向的线偏振光；以体布拉格光栅作为谐振腔输出镜并结合扭转模腔的复合结构来实现选模，体布拉格光栅对腔内振荡激光实现不同角度的选择性透过，并且作为输出镜实现窄线宽激光输出；该装置结构简单、压缩线宽效果好、可靠性高且可以输出稳定pm量级窄线宽激光。
在本实用新型的另一实现方式中，激光器发射的激光经过偏振片(2)变成线偏振光，线偏振光经过第一1/4波片(3)变为左旋圆偏振光，左旋圆偏振光经过第二1/4波片(6)时变成水平线偏振光，水平线偏振光经过体布拉格光栅(7)反射后再次经过第二1/4波片(6)，水平线偏振光变成右旋圆偏振光，在激光晶体(4)中存在两个传播方向相反，旋向相反的圆偏振光，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光叠加成一个有确定方向的线偏振光，有确定方向的线偏振光经过体布拉格光栅(7)得到窄线宽激光。
示例性地，用Nd:YAG固体激光器输出中心波长1064nm，808nmLD光源作为泵浦源，调节1/4波片和体布拉格光栅角度来实现对线宽的充分压缩，调节体布拉格光栅角度，并观察其对输出激光线宽的影响，随着调节入射光偏离布拉格衍射角的角度m的变化，观察到输出激光线宽呈周期性变化，在布拉格角处即m＝0时，输出激光线宽最窄，输出功率较高，另外入射光波长与中心衍射波长的偏差Δλ也对体光栅衍射效率有影响，Δλ＝0时，光栅衍射效率最高。
应理解的是，体布拉格光栅是一种对角度和波长具有很好选择性的光学元件，主要表现在：光谱选择性好；受温度的影响小；损耗小；损伤阈值高。因此可以用于实现高功率、窄线宽输出。在光栅厚度等尺寸固定时，入射光偏离布拉格衍射角m和入射光波长与中心衍射波长的偏差Δλ对光栅的衍射效率影响比较大，所以，调节二者，能够使输出激光线宽达到理想状态。
在本实用新型的另一实现方式中，激光器为Nd:YAG固体激光器，采用808nmLD侧面泵浦方式，输出波长1064nm。
示例性地，激光器出射光束为窄线宽激光，线宽可达pm量级；使用半导体泵浦的全固态激光器拥有传统固体激光器和半导体激光器的优势，其体积小，性能更好，输出激光更加稳定，将全固态激光器和扭转模腔结合起来，可以使得输出窄线宽激光所需的阈值电压更低，输出的窄线宽激光更加平滑稳定。
在本实用新型的另一实现方式中，激光晶体(4)为激光晶体Nd:YAG，尺寸为ф3*65mm，晶体掺杂原子数分数为0.65％。
在本实用新型的另一实现方式中，全反镜(1)为平面反射镜，采用K9玻璃制造，尺寸为ф10*2mm，反射面镀全反射膜HR@1064nm。
示例性地，全反镜(1)为平面反射镜，其放置角度应该使入射光与反射光呈90°夹角。
在本实用新型的另一实现方式中，偏振片(2)以布儒斯特角放置，第一1/4波片(3)和第二1/4波片(6)的快、慢轴相互垂直，且与偏振片(2)的偏振方向夹角为57°。
示例性地，偏振片以布儒斯特角放置，使经过偏振片的光变为线偏振光。偏振片(2)的作用是使经过偏振片的光变为线偏振光，即垂直线偏振光，使最终只有一个方向的光输出。
应理解的是，第一1/4波片(3)和第二1/4波片(6)与偏振片(2)的偏振方向夹角形成布儒斯特角，约为57°，使通过偏振片(2)入射的偏振光变成圆偏振光，在激光晶体(4)的左右两侧对称位置各放置一个1/4波片，保证了激光能一直以圆偏振光通过激光晶体，圆偏振光的激光空间光强分布均匀。
在本实用新型的另一实现方式中，体布拉格光栅(7)为反射式体布拉格光栅，端面尺寸为5.0*5.0mm,厚度为6.9mm，具有光谱选择功能。
示例性地，反射式体布拉格光栅具有光谱选择功能，通过调整角度，可以实现在特定衍射角下对特定波长的反射，从而抑制掉其它多余纵模，实现对激光线宽的压缩。
至此，已经对本实用新型的特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作可以按照不同的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序，以实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理可以是有利的。
需要说明的是，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件或名称，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。
需要说明的是，虽然结合附图对本实用新型的具体实施例进行了详细地描述，但不应理解为对本实用新型的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属于本实用新型的保护范围。
本实用新型实施例的示例旨在简明地说明本实用新型实施例的技术特点，使得本领域技术人员能够直观了解本实用新型实施例的技术特点，并不作为本实用新型实施例的不当限定。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种窄线宽LD泵浦固体激光器装置，其特征在于：包括依次排列的全反镜(1)、偏振片(2)、第一1/4波片(3)、激光晶体(4)、LD泵浦源(5)、第二1/4波片(6)和体布拉格光栅(7)，各个光学元件轴心处于同一水平线上，与激光器出射激光光轴对齐；
其中：所述LD泵浦源(5)用于对所述激光晶体(4)进行激励；
所述全反镜(1)与所述体布拉格光栅(7)构成激光器谐振腔；
所述第一1/4波片(3)和所述第二1/4波片(6)之间形成扭转模腔，所述扭转模腔与所述偏振片(2)组合对所述激光器谐振腔内的激光偏振态进行控制，得到线偏振光；
通过所述体布拉格光栅(7)实现光谱选择。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述激光器发射的激光经过所述偏振片(2)变成线偏振光，所述线偏振光经过所述第一1/4波片(3)变为左旋圆偏振光，所述左旋圆偏振光经过所述第二1/4波片(6)时变成水平线偏振光，所述水平线偏振光经过所述体布拉格光栅(7)反射后再次经过所述第二1/4波片(6)，所述水平线偏振光变成右旋圆偏振光，在所述激光晶体(4)中存在两个传播方向相反，旋向相反的圆偏振光，所述左旋圆偏振光和所述右旋圆偏振光叠加成一个有确定方向的线偏振光，所述有确定方向的线偏振光经过所述体布拉格光栅(7)得到窄线宽激光。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光器为Nd:YAG固体激光器，采用808nmLD侧面泵浦方式，输出波长1064nm。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述激光晶体(4)为激光晶体Nd:YAG，尺寸为ф3*65mm。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述全反镜(1)为平面反射镜，采用K9玻璃制造，尺寸为ф10*2mm，反射面镀全反射膜HR@1064nm。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述偏振片(2)以布儒斯特角放置，所述第一1/4波片(3)和所述第二1/4波片(6)的快、慢轴相互垂直，且与所述偏振片(2)的偏振方向夹角为57°。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述体布拉格光栅(7)为反射式体布拉格光栅，端面尺寸为5.0*5.0mm,厚度为6.9mm，具有光谱选择功能。
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