專利名稱：一種波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用旋光色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器。
背景技術(shù)：
波長(zhǎng)可調(diào)諧激光器有廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)前景，已廣泛應(yīng)用于大氣監(jiān)測(cè)、外差傳感、光譜測(cè)量等領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)調(diào)諧的原理大致有三種，大多數(shù)可調(diào)諧激光器都使用具有寬的熒光譜線的工作物質(zhì)，而構(gòu)成激光器的諧振腔只在很窄的波長(zhǎng)范圍內(nèi)才有很低的損耗，因此，第一種是通過(guò)某些元件(如光柵)改變諧振腔低損耗區(qū)所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)來(lái)改變激光的波長(zhǎng)，典型激光器有染料激光器、金綠寶石激光器、色心激光器、可調(diào)諧高壓氣體激光器和可調(diào)諧準(zhǔn)分子激光器；第二種是通過(guò)改變某些外界參數(shù)(如磁場(chǎng)、溫度等)使激光躍遷的能級(jí)移動(dòng)；第三種是利用非線性效應(yīng)實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的變換和調(diào)諧(見(jiàn)非線性光學(xué)、受激喇曼散射、光二倍頻，光參量振蕩)?？烧{(diào)諧激光器從實(shí)現(xiàn)技術(shù)上看主要分為電流控制技術(shù)、溫度控制技術(shù)和機(jī)械控制技術(shù)等類型。其中電控技術(shù)是通過(guò)改變注入電流實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)的調(diào)諧，具有納秒級(jí)調(diào)諧速度，調(diào)諧帶寬也較寬，但輸出功率較小?；陔娍丶夹g(shù)的主要有SG-DBR (采樣光柵分布布喇格反射)和GCSR (輔助光柵定向I禹合背向取樣反射)激光器。溫控技術(shù)是通過(guò)改變激光器有源區(qū)折射率，從而改變激光器輸出波長(zhǎng)的。該技術(shù)簡(jiǎn)單，但速度慢，可調(diào)帶寬窄，只有幾個(gè)納米?；跍乜丶夹g(shù)的主要有DFB (分布反饋)和DBR (分布布喇格反射)激光器。機(jī)械控制主要是基于MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)完成波長(zhǎng)的選擇，具有較大的可調(diào)帶寬、較高的輸出功率?；跈C(jī)械控制技術(shù)的主要有DFB (分布反饋)、ECL (外腔激光器)和VCSEL (垂直腔表面發(fā)射激光器)等結(jié)構(gòu)。但是上述進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧的技術(shù)大多依賴于光傳輸角度，穩(wěn)定性受到影響。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，旨在改善可調(diào)諧激光器的穩(wěn)定性。本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，所述激光器具有一諧振腔，所述諧振腔包括具有偏振增益特性的激光介質(zhì)，對(duì)激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理的第一透鏡，對(duì)激光進(jìn)行旋光色散處理的旋光器件，第一反射鏡組，半波片，第二透鏡，第一線性偏振器，將激光部分輸出、部分反射的輸出I禹合鏡，端面反射鏡；所述激光介質(zhì)產(chǎn)生的激光依下述光路在諧振腔內(nèi)振蕩激光介質(zhì)、第一透鏡、旋光器件、180°折返鏡組、半波片、第一透鏡、激光介質(zhì)、第二透鏡、第一線性偏振器、輸出I禹合鏡、第一線性偏振器、第二透鏡、激光介質(zhì)、第一透鏡、半波片、180°折返鏡組、旋光器件、第一透鏡、激光介質(zhì)、第二透鏡、端面高反鏡、第二透鏡、激光介質(zhì)。進(jìn)一步地，所述180°折返鏡組使光路產(chǎn)生180°折返，并產(chǎn)生平行位移。[0009]進(jìn)一步地，所述激光往返通過(guò)旋光器件產(chǎn)生的旋光色散可相互補(bǔ)償。進(jìn)一步地，所述旋光器件和所述半波片的位置可互換。 進(jìn)一步地，所述激光介質(zhì)的兩端面具有布儒斯特切割角。進(jìn)一步地，所述第一透鏡和旋光器件之間設(shè)有第二線性偏振器。所述第一透鏡和所述旋光器件之間的第二線性偏振器的最大透過(guò)率方向與所述第一線性偏振器的最大透過(guò)率方向平行。本實(shí)用新型提供的激光器利用旋光色散原理，結(jié)合偏振相關(guān)的增益/損耗特性對(duì)激光腔內(nèi)的增益/損耗特性進(jìn)行波長(zhǎng)相關(guān)的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧的效果，與基于角色散或非線性轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧的方法比較，本實(shí)用新型擺脫了對(duì)光傳輸角度的依賴，所以有利于改善可調(diào)諧激光器的穩(wěn)定性，另外，整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整容易，方便使用。

圖I是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器的諧振腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器的諧振腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本實(shí)用新型第三實(shí)施例提供的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器的諧振腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。本實(shí)用新型實(shí)施例基于旋光色散原理結(jié)合偏振相關(guān)的增益/損耗特性實(shí)現(xiàn)激光的波長(zhǎng)調(diào)諧。具體地說(shuō)，就是對(duì)于以具有寬熒光線寬的激光材料為增益介質(zhì)的激光振蕩器中，引入旋光色散效應(yīng)，使得不同的光譜分量的光具有不同的線偏振方向。因此在激光器的設(shè)計(jì)中引入偏振相關(guān)的增益或損耗，那么通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)光譜分量的偏振方向即可實(shí)現(xiàn)它們的凈增益，從而達(dá)到調(diào)諧目的。我們知道，旋光色散可以讓線偏振寬帶光脈沖通過(guò)旋光光學(xué)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)，而偏振面的偏轉(zhuǎn)角度α可用下式表示a = nL上式中η、L分別為旋光系數(shù)和光通過(guò)的旋光介質(zhì)的厚度，旋光系數(shù)η與光波長(zhǎng)有關(guān)，于是，當(dāng)一束線偏振光通過(guò)一定厚度的旋光介質(zhì)時(shí)，不同波長(zhǎng)的光，其偏振面會(huì)發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)，即具有旋光色散特性。選擇不同旋光介質(zhì)及其厚度可以控制旋光色散。再結(jié)合克調(diào)節(jié)激光偏振方向的寬帶半波片，如果在激光器中引入偏振相關(guān)的增益/損耗，旋轉(zhuǎn)半波片就可調(diào)節(jié)某波長(zhǎng)光的偏振態(tài)使其對(duì)應(yīng)最小損耗/最大增益，從而達(dá)到調(diào)諧波長(zhǎng)的目的，因此選擇不同的旋光器件及其厚度可以控制旋光色散。激光器中的偏振相關(guān)的增益/損耗可以通過(guò)三種途徑獲得采用具有偏振相關(guān)增益的激光介質(zhì)、利用偏振面引入偏振相關(guān)的損耗或直接插入偏振器件等，分述如下。[0024]圖I示出了本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器的諧振腔的光學(xué)結(jié)構(gòu)，為了便于描述，僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。參照?qǐng)D1，第一實(shí)施例提供的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器具有圖I所示的諧振腔，此諧振腔包括具有偏振增益特性的激光介質(zhì)G1、第一透鏡LI、旋光器件R、半波片服、180°折返鏡組、第二透鏡L2、第一線性偏振器P1、輸出稱合鏡0C、端面反射鏡M3。圖I中的激光介質(zhì)Gl具有偏振增益特性，第一透鏡LI對(duì)激光介質(zhì)發(fā)出的激光進(jìn)行準(zhǔn)直處理，旋光器件R用于對(duì)激光進(jìn)行旋光色散處理，使不同波長(zhǎng)的光具有不同的線偏振方向，而半波片HW用于調(diào)節(jié)激光的偏振方向具體可通過(guò)180°折返鏡組在旋光器件R和半波片HW之間進(jìn)行激光的反射，180°折返鏡組用于使光路產(chǎn)生180°折返，并產(chǎn)生平行位移，作為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，本實(shí)用新型中180°折返鏡組至少包括兩個(gè)相互配合的反射鏡，即圖I中的Ml和M2。激光介質(zhì)Gl產(chǎn)生的激光經(jīng)第一透鏡LI準(zhǔn)直處理后再經(jīng)旋光器件R進(jìn)行旋光色散處理，經(jīng)旋光器件R進(jìn)行旋光色散處理后的光線由第一反射鏡組反射至半波片HW以調(diào)節(jié)偏振方向，然后被半波片HW調(diào)節(jié)過(guò)偏振方向的激光再經(jīng)第一透鏡LI入射至激光介質(zhì)Gl進(jìn)行增益調(diào)制。被增益調(diào)制后的激光經(jīng)第二透鏡LI進(jìn)行準(zhǔn)直處理、再經(jīng)過(guò)第一線性偏振器Pl提供偏振相關(guān)的損耗后入射至輸出耦合鏡0C。輸出耦合鏡OC將部分激光輸出，并將另一部分激光予以反射，反射的激光依次經(jīng)過(guò)第二透鏡L2、激光介質(zhì)G1、第一透鏡LI、半波片HW、第一反射鏡組、旋光器件R、第一透鏡LI、激光介質(zhì)Gl、第二透鏡L2后到達(dá)端面反射鏡M3，端面反射鏡M3將激光全部反射至激光介質(zhì)Gl。至此，完成一個(gè)振蕩過(guò)程，激光介質(zhì)Gl再次產(chǎn)生的激光重復(fù)上述過(guò)程，循環(huán)在諧振腔內(nèi)振蕩。上述的激光器中，要求激光往返一次通過(guò)旋光器件R時(shí)旋光色散相互補(bǔ)償，故所用的旋光器件R采用具有旋光效應(yīng)的光學(xué)晶體制作，如石英晶體等。半波片HW和旋光器件R之間不能有激光介質(zhì)和偏振器或偏振反射/折射面，但可以有反射鏡、透鏡之類的光學(xué)元件，至于它們之間的相對(duì)位置可以互換。進(jìn)一步地,上述激光介質(zhì)Gl可以采用鈦寶石晶體Ti : S實(shí)現(xiàn),所述鈦寶石晶體的切割方向是在介質(zhì)內(nèi)光傳輸方向與光軸平行，光傳輸方向與光軸構(gòu)成η平面。鈦寶石晶體Ti:S具有偏振相關(guān)的增益特性，π平面偏振的光具有最大的增益。上述激光器工作時(shí)，光從激光介質(zhì)Gl的端面發(fā)出，由于其偏振增益特性，可認(rèn)為所有光譜分量偏振方向均平行于某增益最大所對(duì)應(yīng)的偏振面，對(duì)于鈦寶石則為η平面。經(jīng)第一透鏡LI準(zhǔn)直，光透過(guò)旋光器件R后，不同波長(zhǎng)光的偏振面發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)旋光器件R后的半波片HW，不同的旋轉(zhuǎn)角對(duì)應(yīng)于增益最大偏振面的光具有不同的波長(zhǎng)。而偏振面平行增益最大偏振面的光再次經(jīng)過(guò)激光介質(zhì)Gl時(shí)就有最大增益，而且通過(guò)后續(xù)的偏振器件時(shí)有最小的損耗。于是最后只有該波長(zhǎng)的光能起振，從而達(dá)到調(diào)諧的目的。如果寬帶激光增益介質(zhì)沒(méi)有偏振相關(guān)的增益特性，則可以在振蕩器中引入線性偏振器件(如偏振器或偏振片)，如圖2所示的第二實(shí)施例，圖2中的激光介質(zhì)G2不具有偏振增益特性，而在第一透鏡LI和旋光器件R之間增加第二線性偏振器Ρ2，要求第二線性偏振器Ρ2的最大透過(guò)率方向與第一線性偏振器Pl的最大透過(guò)率方向平行。光從激光介質(zhì)G2的端面發(fā)出，經(jīng)第一透鏡LI準(zhǔn)直，通過(guò)第二線性偏振器Ρ2后所有光譜分量偏振方向均平行于第二線性偏振器Ρ2的最大透過(guò)率方向。隨后類似于圖I，通過(guò)調(diào)節(jié)旋光器件R和半波片服，使得只有某波長(zhǎng)光的偏振方向平行于第二線性偏振器P2的最大透過(guò)率方向。再經(jīng)過(guò)激光介質(zhì)G2和第一線性偏振器P1，由于兩個(gè)線性偏振器的最大透過(guò)率方向平行，該波長(zhǎng)光將遭遇最小損耗，于是最后獲得起振，形成激光。當(dāng)選用普通的寬帶激光增益介質(zhì)時(shí)，也可以將增益介質(zhì)兩端面以布儒斯特角切害IJ，如圖3所示，這樣激光在增益介質(zhì)G3的入射斷面呈布儒斯特角入射/出射，在增益介質(zhì)G3的兩端面實(shí)現(xiàn)偏振相關(guān)的損耗，如圖3所示的第三實(shí)施例，此時(shí)無(wú)需再用偏振器件。圖3其余部分與圖I所示激光器相同，不再贅述綜上所述，本實(shí)用新型的核心內(nèi)容是利用旋光色散原理，結(jié)合偏振相關(guān)的增益/損耗特性對(duì)激光腔內(nèi)的增益損耗特性進(jìn)行波長(zhǎng)相關(guān)的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧的效果。本實(shí)用新型提供的激光器擺脫了對(duì)光傳輸角度的依賴，所以有利于改善可調(diào)諧激光器的穩(wěn)定性，另外，整個(gè)激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整容易，方便使用。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型。凡在本 實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，所述激光器具有一諧振腔，其特征在于，所述諧振腔包括具有偏振增益特性的激光介質(zhì)，第一透鏡，對(duì)激光進(jìn)行旋光色散處理的旋光器件，180°折返鏡組，半波片，第二透鏡，第一線性偏振器，激光輸出耦合鏡，端面反射鏡； 所述激光介質(zhì)產(chǎn)生的激光依下述光路在諧振腔內(nèi)振蕩激光介質(zhì)、第一透鏡、旋光器件、180 °折返鏡組、半波片、第一透鏡、激光介質(zhì)、第二透鏡、第一線性偏振器、輸出稱合鏡、第一線性偏振器、第二透鏡、激光介質(zhì)、第一透鏡、半波片、180°折返鏡組、旋光器件、第一透鏡、激光介質(zhì)、第二透鏡、端面反射鏡、第二透鏡、激光介質(zhì)。
2.如權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，其特征在于，所述180°折返鏡組使光路產(chǎn)生180°折返，并產(chǎn)生平行位移。
3.如權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，其特征在于，所述激光往返通過(guò)旋光器件產(chǎn)生的旋光色散可相互補(bǔ)償。
4.如權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，其特征在于，所述旋光器件和所述半波片的位置可互換。
5.如權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，其特征在于，所述激光介質(zhì)的兩端面具有布儒斯特切割角。
6.如權(quán)利要求I所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，其特征在于，所述第一透鏡和旋光器件之間設(shè)有第二線性偏振器。
7.如權(quán)利要求6所述的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，其特征在于，所述第一透鏡和所述旋光器件之間的第二線性偏振器的最大透過(guò)率方向與所述第一線性偏振器的最大透過(guò)率方向平行。
專利摘要本實(shí)用新型適用于激光技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種利用旋光色散效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的波長(zhǎng)可調(diào)諧的激光器，所述激光器具有一諧振腔，所述諧振腔包括具有偏振增益特性的激光介質(zhì)，第一透鏡，對(duì)激光進(jìn)行旋光色散處理的旋光器件，180°折返鏡組，半波片，第二透鏡，第一線性偏振器，激光輸出耦合鏡，端面反射鏡。本實(shí)用新型提供的激光器利用旋光色散原理，結(jié)合偏振相關(guān)的增益/損耗特性對(duì)激光腔內(nèi)的增益/損耗特性進(jìn)行波長(zhǎng)相關(guān)的調(diào)制，從而實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)調(diào)諧的效果，與基于角色散或非線性轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行波長(zhǎng)調(diào)諧的方法比較，本實(shí)用新型擺脫了對(duì)光傳輸角度的依賴，有利于改善可調(diào)諧激光器的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01S3/13GK202817480SQ20122005046
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者徐世祥, 鄒達(dá), 曾選科, 劉晉, 李景鎮(zhèn) 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)