消倍频晶体波片效应的腔内倍频激光器

摘要

本发明的消倍频晶体波片效应的腔内倍频激光器涉及腔内倍频激光器领域。其是通过加入基频光1/4波片或加入与II类倍频晶体厚度相等、光轴相互垂直的同种倍频晶体或加入与II类倍频晶体光轴方向垂直、厚度差为低级次的1/2波片或全波片或1/4波片，或者加入与II类倍频晶体不同的双折射晶体与倍频晶体一同构成较低级次的1/4、1/2或全波片，使腔内基波光在腔内来回通过倍频晶体后保持偏振方向不变，消除倍频晶体在激光腔中的波片效应从而实现倍频光的稳定输出。本发明针对激光增益介质晶体厚度较大腔内倍频激光器的II类倍频晶体的波片效应的消除提出解决方案，从而获得宽温度范围内稳定倍频光输出的腔内倍频激光器。

说明书

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及用以消去II类倍频晶体的波片效应从而获得宽温度范围内稳定倍频光输出的腔内倍频激光器。

背景技术

低噪声的微片激光器在医学、彩色显示、生物检测等领域有着非常广泛的应用需求。但是内腔倍频的微片激光器受到“绿光问题”的困扰——功率噪声较大，因此如何得到稳定输出的激光成为一个关键的问题。

在激光增益介质和倍频晶体都是双折射晶体的倍频激光器中，具有双折射效应的激光增益介质如Nd:YVO₄通常与II类倍频晶体(如KTP)结合产生倍频光，由于倍频晶体通常不是半波片或全波片，而且其长度随温度变化，使得腔内的激光偏振态无序，从而使倍频输出光很不稳定。

中国专利申请号为：200610039623.5的专利提出采用加入波片的方式使激光晶体和非线性晶体基本上不参与偏振态控制的概念，该专利提出的具体实施方式之一是使倍频晶体与双折射激光增益介质通光面方向光轴相互平行或垂直的结构，亦提出将双折射激光增益晶体加工成波片并使其光轴与II类倍频晶体成45°。该专利的实施例适合薄激光增益介质结构，而对厚度较大激光增益介质则温度范围太窄。

发明内容

本发明是在申请号为200610039623.5的专利基础上，针对倍频激光器的激光增益介质为双折射晶体，倍频晶体为II类倍频晶体，且两种晶体通光方向光轴夹角为45°时的情况，提出的一种消去II类倍频晶体的波片效应的新方案。

本发明是采用如下技术方案：

第一种方案：消倍频晶体波片效应的腔内倍频激光器，包括泵浦光源、激光增益介质、倍频晶体、谐振腔镜等，所述的激光增益介质是双折射晶体激光增益介质，所述的倍频晶体是II类倍频晶体，且两种晶体通光方向光轴夹角为45°。其中，在所述的激光增益介质和倍频晶体之后加入一个波片，所述的波片为基频光的1/4波片，其光轴与所述的激光增益介质平行，与所述的倍频晶体光轴夹角为45°。

第二种方案：消倍频晶体波片效应的腔内倍频激光器，包括泵浦光源、激光增益介质、倍频晶体、谐振腔镜等，所述的激光增益介质是双折射晶体激光增益介质，所述的倍频晶体是II类倍频晶体，且两种晶体通光方向光轴夹角为45°。其中，在所述的激光增益介质和倍频晶体之后加入与一个与所述的倍频晶体同种的倍频晶体，其厚度所述的倍频晶体相等，其光轴与所述的倍频晶体相互垂直，与所述激光增益介质的光轴夹角为45°。

第三种方案：消倍频晶体波片效应的腔内倍频激光器，包括泵浦光源、激光增益介质、倍频晶体、谐振腔镜等，所述的激光增益介质是双折射晶体激光增益介质，所述的倍频晶体是II类倍频晶体，且两种晶体通光方向光轴夹角为45°。其中，在所述的激光增益介质和倍频晶体之间加入一个波片，所述的波片为倍频光波长的1/4波片，其光轴与激光增益介质平行或垂直，该波片镀有对基频光增透、对倍频光高反的膜层；在所述的激光增益介质和倍频晶体之后加入一个波片，所述的波片为基频光的1/4波片，其光轴与所述的激光增益介质平行。

所上所述的任一种方案的腔内倍频激光器，其所述的激光器结构是分离腔结构。

或者，所上所述的任一种方案的腔内倍频激光器，其所述的激光器结构是分离腔结构。是微片结构。

进一步的，所述的微片结构腔内的激光增益介质的任意一侧面加入非掺杂材料的散热衬片。所述的散热衬片可以是与所述的激光增益介质相同的基质，亦可以是不同基质。

本发明采用如上技术方案，针对激光增益介质晶体厚度较大腔内倍频激光器的II类倍频晶体的波片效应的消除提出解决方案，从而获得宽温度范围内稳定倍频光输出的腔内倍频激光器。

附图说明

图1是本发明的第一种方案的分离腔结构示意图；

图2是本发明的第二种方案的分离腔结构示意图；

图3是本发明的第三种方案的分离腔结构示意图；

图4是本发明的第一种方案的微片结构的实施例一示意图；

图5是本发明的第一种方案的微片结构的实施例二示意图；

图6是本发明的第二种方案的微片结构示意图；

图7是本发明的第三种方案的微片结构的实施例一示意图；

图8是本发明的第三种方案的微片结构的实施例二示意图；

图9是本发明的第三种方案的微片结构的实施例三示意图。

具体实施方式

现结合附图说明和具体实施方式对本发明进一步说明。

本发明的第一种方案的激光器结构包括：激光增益介质，倍频晶体，波片。激光增益介质为双折射晶体激光增益介质，倍频晶体为II类倍频晶体，波片为基频光的1/4波片，分别在激光增益介质的入光面和波片的出光面镀所需要的膜系，倍频晶体置于增益介质和波片之间，其光轴与激光增益介质和波片的通光面上的光轴夹角均为45°，而激光增益介质和波片的光轴平行。

本发明采用上述技术方案，LD泵浦微片，基频光在腔内形成激光振荡，首次通过倍频晶体时，由于倍频晶体的波片效应，使得o、e光之间产生一个相位延迟，而由于波片为基频光的1/4波片，因此基频光在反射后来回通过波片时，等效为通过了一个1/2波片，基频光的偏振方向将旋转90°，即与原来方向正交，因此，不论倍频晶体的长度随温度如何变化，激光返回再次通过倍频晶体时o、e光的相位延迟都可以被消除。因此这种结构通过在腔内加入1/4波片使双折射激光增益介质基波偏振方向通过非线性晶体再回到激光增益介质时保持不变，从而使基波光偏振方向与II类倍频晶体光轴方向在温度变化时，基波光进入倍频晶体时的偏振方向与倍频晶体光轴的夹角总能保持在45°或45°附近，从而消去了非线性晶体的波片效应得到稳定倍频光输出。

本发明的第二种方案的激光器结构除加入基频光的1/4波片外，也可以通过加入与II类倍频晶体厚度相等、光轴相互垂直的同种倍频晶体，或着本发明的第三种方案的激光器结构加入与II类倍频晶体光轴方向垂直、厚度差为低级次的1/2波片或全波片或1/4波片，或者加入与II类倍频晶体不同的双折射晶体与倍频晶体一同构成较低级次的1/4、1/2或全波片，使腔内基波光在腔内来回通过倍频晶体后保持偏振方向不变，消除倍频晶体在激光腔中的波片效应从而实现倍频光的稳定输出。

图1所示是本发明的第一种方案的分离腔结构的示意图。其中，101为前腔镜，102为激光增益介质，103为倍频晶体，104为低级次的1/4波片，105为后腔片。其中激光增益介质102和波片104的光轴平行，均与倍频晶体103的光轴成45°。

图2所示是本发明的第二种方案的分离腔结构的示意图。其中，201为前腔镜，202为激光增益介质，203和204为厚度相等或差值很小的同种倍频晶体，205为后腔片。其中倍频晶体203与倍频晶体204的光轴相互垂直，均与激光增益介质202的光轴成45°。倍频晶体203和倍频晶体204可制作成以下几种特殊厚度：1、倍频晶体203与倍频晶体204的厚度相等，倍频晶体203与倍频晶体204等效于零级波片；2、倍频晶体203与倍频晶体204厚度差为低级次的1/2波片或全波片，这样可保证倍频晶体不影响激光增益介质偏振方向；3、倍频晶体203与倍频晶体204为厚度差较小的1/4波片；4、倍频晶体203与倍频晶体204可以是一片为倍频晶体、一片为其它双折射晶体，但合为较低级次的1/4，1/2，或全波片，以保证适当温度范围波片总位相延迟度变化较小。

图3所示是本发明的第三种方案的分离腔结构的示意图。其中，301为前腔镜，302为激光增益介质，303为倍频光波长的1/4波片，其光轴与激光增益介质302平行或垂直，S1为对基频光增透、对倍频光高反的膜层，使反向倍频光旋转90°，从而使反向倍频不再与基波光相互作用得到倍频光的稳定输出。304为倍频晶体，305为基频光的1/4波片，306为后腔片。

如图4所示是等同于图1分离腔的微片结构，将膜系直接镀在微片结构的两端构成谐振腔。

如图5所示为反向泵浦方式。其中501为低级次的基频光的1/4波片，502为倍频晶体，503为激光增益介质。其中激光增益介质503和波片501的光轴平行，与倍频晶体502的夹角均为45°。波片501和激光增益介质503的两端镀所需膜系，如波片501入光面镀泵浦光增透膜、基频光高反膜和倍频光高反膜，在激光增益介质503出光面镀泵浦光高反膜、基频光高反膜和倍频光增透膜。

如图6所示的是本发明的第二种方案的微片结构示意图。其中，601和602为厚度相等的倍频晶体，603为激光增益介质。其中两厚度相等的倍频晶体光轴相互垂直，均与激光增益介质的光轴成45°。第一个倍频晶体601的入光面和激光增益介质603的出光面镀相应的膜系。如倍频晶体601的入光面镀泵浦光增透膜、基频光高反膜和倍频光高反膜，在激光增益介质603的出光面镀泵浦光高反膜、基频光高反膜和倍频光增透膜。

如图7所示是本发明的第三种方案的微片结构的示意图。其中，701为激光增益介质，702为倍频光的1/4波片，703为倍频晶体，704为基频光的1/4波片。波片702的光轴与激光增益介质平行或垂直，膜S2为对基频光增透、对倍频光高反的膜层，使反向倍频光旋转90°，从而使反向倍频不再与基波光相互作用得到倍频光的稳定输出。

采用微片结构，可在腔中或腔一端加入非掺杂材料作为衬片加强散热功能。如图8所示是在图7的腔一端加入非掺杂材料作为衬片，而图9所示是在腔内加入非掺杂材料作为衬片。非掺杂材料可以是相同基质或不同基质。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。