專利名稱：一種單塊環(huán)形諧振腔激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及激光器領(lǐng)域，尤其涉及一種環(huán)形光路中兩個方向的損 耗不同，實現(xiàn)環(huán)形諧振腔單向輸出的單塊環(huán)形諧振腔激光器。
背景技術(shù)：
在激光器領(lǐng)域，單向環(huán)形諧振腔激光器作為單頻激光器是一種很好的 設(shè)計方案。常規(guī)環(huán)形諧振腔激光器的光學(xué)元件多、光路復(fù)雜，激光器的腔長不易控制，因此 人們發(fā)明了單塊非平面環(huán)形諧振腔激光器，如美國專利號為USP4，578，793的單塊非平面 環(huán)形諧振腔激光器，其主要特點是僅采用單塊Nd: YAG晶體制作成激光諧振腔，同時利用 Nd: YAG作為磁光材料巧妙形成單向環(huán)形諧振腔激光器。由于該光路是非平面光路，作為激 光器的光學(xué)器件加工難度大、要求精度高，難以形成大規(guī)模生產(chǎn)和低成本器件，因此限制了 它作為高性能的激光器被廣泛應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的是提供一 種制造工藝簡單、制造成本低的利用偏振膜 或光學(xué)晶體元件對環(huán)形光路中一個方向進(jìn)行偏振損耗的單向環(huán)形諧振腔激光器。為實現(xiàn)以上目的，本實用新型環(huán)形諧振腔激光器設(shè)在永磁體磁場H中，其包括磁 光材料、激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體、偏振膜或光學(xué)晶體元件，其中所述激光增益 介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體設(shè)有兩個光的斜反射面，其底面平行磁光材料光的入射面，偏 振膜或光學(xué)晶體元件設(shè)在磁光材料與增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體組成的環(huán)形光路上， 在磁光材料與激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡之間設(shè)有一對1/2波片，該對1/2波片為對稱放置 或不對稱放置。所述磁光材料為有磁光效應(yīng)的激光增益介質(zhì)時，偏振膜或光學(xué)晶體元件設(shè)在激光 增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡的一個或兩個斜反射面上，其光軸與垂直紙面方向成θ角。所述磁光材料光的入射面鍍有PBS偏振膜，所述PBS偏振膜對基波S分量高反，對 P分量大部分透射。所述的偏振相關(guān)膜為對基波S分量高反、對P分量大部分透射的PBS偏振膜，光學(xué) 晶體元件為波片、雙折射晶體棱鏡、雙折射晶體平片、雙折射晶體平片組、雙折射楔角片、雙 折射楔角片組或偏振片。所述波片優(yōu)選1/4波片或1/2波片。所述磁光材料的光入射面或激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體的兩個斜反射 面采用弧形面或膠合球透鏡。本實用新型采用以上技術(shù)，利用偏振膜或光學(xué)晶體元件改變光的偏振方向?qū)蓚€ 偏振方向的光分裂開，對其中一個傳播方向的光進(jìn)行偏振損耗，實現(xiàn)激光的光路在一個平 面內(nèi)環(huán)行，光路簡單、結(jié)構(gòu)簡單；磁光材料、激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體和偏振膜 或光學(xué)晶體元件均為常規(guī)的光學(xué)器件，加工難度小，便于大規(guī)模生產(chǎn)，制造成本相對低。同 時它們可以采用光膠或深化光膠膠合成一體，從而有很好的熱穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性。
現(xiàn)結(jié)合附圖對本實用新型做進(jìn)一步闡述圖1是本實用新型環(huán)形諧振腔實施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型環(huán)形諧振腔實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型環(huán)形諧振腔實施方式三的結(jié)構(gòu)示意圖；[0015]圖4是本實用新型環(huán)形諧振腔實施方式四的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
如圖1及2所示，本實用新型環(huán)形諧振腔激光器設(shè)在永磁體磁場 H中，其包括磁光材料1、激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2、偏振膜或光學(xué)晶體元件3， 其中激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2設(shè)有兩個光的斜反射面21、22，其底面平行磁 光材料1光的入射面11偏振膜或光學(xué)晶體元件3設(shè)在磁光材料1與激光增益介質(zhì)或光學(xué) 棱鏡或倍頻晶體2組成的環(huán)形光路上。磁光材料1為有磁光效應(yīng)的激光增益介質(zhì)時，在磁 光材料1與激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2之間設(shè)有一對1/2波片31、32，該1/2波 片的偏振損耗較大，其光軸方向根據(jù)光路的設(shè)計而定，該1/2波片可為對稱結(jié)構(gòu)，也可以為 非對稱結(jié)構(gòu)，只須調(diào)節(jié)其光軸方向與θ角和偏振膜或光學(xué)晶體元件3的光軸保持一定的關(guān) 系，即可滿足單向諧振條件。偏振膜或光學(xué)晶體元件3可設(shè)在激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2的斜反射 面21、22中的一個或兩個上，其光軸與垂直紙面方向夾角為θ角，θ角為偏振光通過磁光 材料1時偏振方向旋轉(zhuǎn)的 度。磁光材料1光的入射面11鍍有PBS偏振膜，所述PBS偏振膜對基波S分量高反， 對P分量大部分透射。增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2的斜反射面21、22也可以作為入射面。環(huán)形諧振腔激光器的工作原理是環(huán)形光路傳播方向為 Α — B — C — D — D — F — G — H—I — Α，從A點出發(fā)的為S偏振光(即偏振方向垂直紙 面的線偏振光)，從A點出發(fā)到達(dá)B點，由于磁場H導(dǎo)致的法拉第旋光效應(yīng)，順著光看光的 偏振方向順時針旋轉(zhuǎn)θ角，順著光看1/2波片32的光軸的相對光偏振方向的夾角為逆時 針偏Θ/2角，光通過1/2波片32后到達(dá)C點時，偏振方向逆時針偏旋轉(zhuǎn)θ角，即光的偏振 重新變?yōu)镾光；光再從C經(jīng)過在D全反射到達(dá)E點時，光的偏振方向不變，仍為S光；由于 光在E點時偏振方向垂直于偏振膜或光學(xué)晶體元件3的光軸，所以光經(jīng)過在偏振膜或光學(xué) 晶體元件3的F點全反射到達(dá)H點時偏振態(tài)不變，仍為S光；此時順著光看半波片1/2波片 31的光軸相對于光偏振方向的夾角順時針偏θ /2角，光通過半波片到達(dá)I點后，順著光看 偏振方向變?yōu)榇怪奔埫娣较蝽槙r針方向旋轉(zhuǎn)θ角；再從I點回到A點時，由于磁光效應(yīng)，順 著光看偏振方向再逆時針方向旋轉(zhuǎn)θ角，偏振方向重新回到垂直紙面方向，形成一個閉合 環(huán)路，激光沒有在光路中產(chǎn)生損耗。磁光材料1為有磁光效應(yīng)的激光增益介質(zhì)時，在磁光材料1與激光增益介質(zhì)或光 學(xué)棱鏡或倍頻晶體2之間設(shè)有一對對稱放置的1/2波片，使其光軸的方向與垂直紙面方向 的夾角均為θ /2角，當(dāng)激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2中的光學(xué)棱鏡采用雙折射晶 體棱鏡時，雙折射晶體棱鏡的光軸方向在紙平面內(nèi)，不與底面平行，其將一個方向的光的P 分量和S分量分裂開，從而使兩個方向的損耗不同，實現(xiàn)單向環(huán)形諧振；當(dāng)當(dāng)激光增益介質(zhì) 或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2中的倍頻晶體采用Type 1類倍頻晶體材料時，激光諧振腔輸出倍 頻激光。偏振膜或光學(xué)晶體元件3中的偏振膜選用對基波S分量高反和P分量大部分透射 的PBS偏振膜，偏振膜或光學(xué)晶體元件3中的光學(xué)晶體元件選用波片、雙折射晶體棱鏡、雙 折射晶體平片、雙折射晶體平片組、雙折射楔角片、雙折射楔角片組或者偏振片等，其中波 片優(yōu)選1/4波片或1/2波片，雙折射晶體棱鏡、雙折射晶體平片、雙折射晶體平片組、雙折射楔角片、雙折射楔角片組或者偏振片等采用激光增益介質(zhì)材料來制備。偏振膜或光學(xué)晶體 元件2的主要功能是改變光的偏振方向或?qū)蓚€偏振方向的光分裂開，對其中一個傳播方 向的光進(jìn)行偏振損耗，由于不同偏振方向的反射率或透射率不同，從而對兩個方向的光損 耗不同，實現(xiàn)單向環(huán)形諧振。如圖3所示，磁光材料1光的入射面11可以采用弧形面如圖4所示，磁光材料1光的入射面11也可以采用在磁光材料1前膠合一球透鏡 4，球透鏡4的面鍍普通基波全反射膜。同上所述，激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2的兩個斜反射面21、22也可以 采用弧形面或膠合一球透鏡，構(gòu)成一個尺寸不受限制的穩(wěn)定諧振腔。本實用新型環(huán)形諧振腔激光器除了可以從磁光材料1的A點輸入泵浦光和輸出激 光外，還可以選擇從激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2的B或D點輸入泵浦光和輸出 激光，即磁光材料1光的入射面11與激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2的斜反射面 21、22可以互換，可任選一個面作為光的入射面和出射面。當(dāng)磁光材料1采用有磁光效應(yīng)的激光增益介質(zhì)時，可從激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡 或倍頻晶體2中選用激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡與偏振膜或光學(xué)晶體元件3形成環(huán)形諧振 腔；當(dāng)磁光材料1采用普通磁光材料時，從激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體2選用激光 增益介質(zhì)和偏振膜或光學(xué)晶體元件3形成環(huán)形諧振腔。本實用新型環(huán)形諧振腔激光器中的各個光學(xué)元件可以采用光膠或深化光膠粘結(jié) 成一個單塊整塊結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其設(shè)置在永磁體磁場H中，其包括磁光材料、激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體、偏振膜或光學(xué)晶體元件，其特征在于所述激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體設(shè)有兩個光的斜反射面，其底面平行磁光材料光的入射面，偏振膜或光學(xué)晶體元件設(shè)在磁光材料與增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體組成的環(huán)形光路上，在磁光材料與激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡之間設(shè)有一對1/2波片，該對1/2波片為對稱放置或不對稱放置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其特征在于所述磁光材料為 有磁光效應(yīng)的激光增益介質(zhì)時，偏振膜或光學(xué)晶體元件設(shè)在激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡的一 個或兩個斜反射面上，其光軸與垂直紙面方向成θ角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其特征在于所述磁光材料光 的入射面鍍有PBS偏振膜，所述PBS偏振膜對基波s分量高反，對P分量大部分透射。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其特征在于所述磁光材料的 光入射面或激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體的兩個斜反射面采用弧形面或膠合球透^Ml O
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其特征在于所述的偏振相關(guān) 膜為對基波S分量高反、對P分量大部分透射的PBS偏振膜，光學(xué)晶體元件為波片、雙折射 晶體棱鏡、雙折射晶體平片、雙折射晶體平片組、雙折射楔角片、雙折射楔角片組或偏振片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其特征在于所述波片優(yōu)選1/4 波片或1/2波片。
專利摘要本實用新型公開一種單塊環(huán)形諧振腔激光器，其設(shè)置在永磁體磁場H中，其包括磁光材料、激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體、偏振膜或光學(xué)晶體元件，其中所述激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體設(shè)有兩個光的斜反射面，其底面平行磁光材料光的入射面，偏振膜或光學(xué)晶體元件設(shè)在磁光材料與增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體組成的環(huán)形光路上，在磁光材料與激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡之間設(shè)有一對1/2波片，該對1/2波片為對稱放置或不對稱放置。本實用新型光路簡單、結(jié)構(gòu)簡單，有很好的熱穩(wěn)定性和頻率穩(wěn)定性；磁光材料、激光增益介質(zhì)或光學(xué)棱鏡或倍頻晶體和偏振膜或光學(xué)晶體元件均為常規(guī)的光學(xué)器件，加工難度小，便于大規(guī)模生產(chǎn)，制造成本相對低。
文檔編號H01S3/083GK201758238SQ20102019474
公開日2011年3月9日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月17日
發(fā)明者凌吉武, 吳礪, 胡企銓, 郭磊 申請人:福州高意通訊有限公司