本發明屬于固體激光技術領域，具體涉及激光縱模個數可調輸出裝置及方法。
背景技術：
激光縱模選擇是一種十分重要的技術，有著十分重要的應用全景。例如，因為單縱模(單頻)激光器具有很好的頻率特性、相干性好、噪聲低以及輸出功率穩定等優點，在量子光學、冷原子物理、量子測量、量子信息處理及引力波探測等科學研究領域得到了廣泛的應用。近幾年報道了不同縱模選擇方式下的單縱模輸出，這些實驗多集中于探討不同方式下如何輸出單縱模(單頻)激光，沒有實現縱模個數可調多縱模輸出。這些報道中用到的方法有，短腔法：例如2010年，哈爾濱工業大學li等報道了端面抽運tm,ho:yvo4微片在室溫下獲得2um激光輸出；行波諧振腔法：例如，2007年，中國計量科學研究院zang等利用nd：yag晶體單塊非平面結構，實現了1.25w、1123nm的單頻激光輸出。扭轉腔模法：例如，2005年華東師范大學wu等利用此方法獲得了2.1w單頻1.06um激光。這些半導體激光器泵浦的固體激光器的實驗研究中，主要考慮用不同的方式去實現激光穩定輸出一個縱模，即單頻輸出，或是考慮了激光單模輸出中實現的條件控制；
沒有考慮實現激光以多個縱模(多頻)輸出，也沒有考慮激光縱模個數可變輸出。另外有的實驗報道了連續激光的輸出，例如，1992年，美國寶麗來公司與at&t貝爾實驗室報道了半導體激光器抽運nd：yceag微片激光器，連續輸出功率為45mw波長為1064nm的激光；2006年dong等人利用半導體激光器泵浦1mm厚的yb：yag陶瓷片，連續抽運下，獲得了連續激光輸出；2007年，日本taira等人研制出的高功率全陶瓷yb：yag微片激光器，該激光器能輸出最大功率可達414w的連續激光。在這些實驗中，主要考慮實現的是激光輸出的頻率在一個頻譜段范圍內可變，未考慮激光輸出固定個數的縱模，這不利于激光通信中信道穩定的要求。
技術實現要素：
有鑒于此，本發明提供了激光縱模個數可調輸出裝置及方法，通過精確控制激光諧振腔光學長度，實現一個或多個激光縱模的穩定輸出。
該裝置包括晶體固定底座、微片晶體、輸出鏡固定底座、耦合鏡、輸出鏡、位移控制單元和半導體溫度控制組件，微片晶體固于晶體固定底座上，輸出鏡固于輸出鏡固定底座上，輸出鏡、微片晶體與耦合鏡依次同軸放置，其中，微片晶體的一端面鍍全反膜，微片晶體的另一端面與輸出鏡相對放置，微片晶體的全反膜的中心波長根據微片晶體的固有特性確定，位移控制器與輸出鏡固定底座連接，用于控制輸出鏡固定底座的水平移動進一步控制諧振腔腔長，從而達到輸出所需的縱模個數，半導體溫度控制單元與微片晶體相連，用于使微片晶體的溫度恒定。
進一步地，微片晶體的材質為nd：yag。
該方法步驟如下：
步驟一：將微片晶體固于晶體固定底座上，輸出鏡固于輸出鏡固定底座上，其中，微片晶體鍍全反膜的一端面與泵浦相鄰，微片晶體未鍍全反膜的另一端面與輸出鏡緊貼，且輸出鏡、微片晶體和泵浦同軸；
步驟二：根據泵浦光數值孔徑選取耦合鏡的曲率半徑，并將選取后的耦合鏡置于泵浦光與微片晶體之間并與二者同軸；
步驟三：半導體溫度控制器與微片晶體連接，半導體溫度控制器根據微片晶體的固有特性控制微片晶體保持恒溫，調整耦合鏡和微片晶體的距離，保證經耦合鏡耦合光纖輸出的泵浦光垂直照射微片晶體；
步驟四：將移控制組件與輸出鏡固定底座連接，根據所需縱模數目，按照縱模個數計算公式確定位移控制組件的移動距離，位移控制組件按照所述移動距離控制輸出鏡與微片晶體的距離，用于控制諧振腔腔長；
步驟五：泵浦光輸出激光，依次經過耦合鏡、恒溫的微片晶體和輸出鏡后，獲得所需的縱模個數。
進一步地，縱模個數m計算公式為：
m＝δv/δv，其中，δv為增益端寬，δv為激光腔的頻率間隔，
有益效果：
1、本發明微片晶體材質采用nd：yag，該激光晶體材料比較普遍，容易獲取，實現方便。
2、本發明搭建了的實驗裝置系統小巧，易操做，激光輸出效果顯著。
3、本發明通過微片晶體與輸出鏡構成的諧振腔，利用精密調諧激光諧振腔長，調控激光器輸出縱模個數，從而實現固體激光器的多頻可調諧輸出。
附圖說明
圖1為縱模數量可調的激光諧振腔結構示意圖。
1-晶體固定底座；2-微片晶體；3-輸出鏡固定底座；4-輸出鏡；5-位移控制單元；6-半導體溫度控制單元。
具體實施方式
下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
本發明提供了激光單頻輸出、雙頻輸出以及多頻輸出等頻率個數可調諧穩定輸出的實現方式，增加了信道的選擇范圍，可以滿足激光通信中需要多路信道的要求，為激光空間多信道通信給予了科學實驗支持，針對這一應用，多縱模(頻率)輸出的固體激光器具有很多的通信應用前景,基于此我們設計了一種縱模個數可調的激光諧振腔及輸出方法。在激光通信應用中，為提高通信速率，通常將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發送端經復用器匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進行傳輸以實現多信道復合通信。
首先，我們將微片晶體固定于兩端開口的固定底座中，并用半導體溫度控制單元(tec)與該固定底座相連改變并控制固定底座的溫度。其次，我們讓位移控制器與輸出鏡固定底座相連，保證泵浦光中心、微片晶體、輸出鏡中心始終在一條直線上。
調節半導體制冷器使微片晶體固定底座溫度于恒定預設溫度，聚焦泵浦光于微片晶體中心，通過控制位移控制器移動輸出鏡，使得輸出鏡從緊貼微片晶體開始，逐漸遠離微片晶體。在輸出鏡面與微片晶體之間移動特定距離時，就能實現激光縱模個數穩定輸出。
具體實施例如下：
如圖1所示，該激光諧振腔包括晶體固定底座1、微片晶體2、輸出鏡固定底座3、輸出鏡4、位移控制器5和半導體溫度控制組件6，微片晶體2固于晶體固定底座1上，輸出鏡4固于輸出鏡固定底座3上，輸出鏡4、微片晶體2與耦合鏡依次同軸放置，其中，微片晶體2的一端面鍍全反膜，微片晶體2的另一端面與輸出鏡4相對放置，微片晶體2的全反膜的中心波長根據微片晶體2的固有特性確定，位移控制器5與輸出鏡固定底座3連接，用于控制輸出鏡固定底座3的水平移動進一步控制諧振腔腔長，從而達到輸出所需的縱模個數，半導體溫度控制單元6與微片晶體2相連，用于使微片晶體2的溫度恒定。
方法步驟如下：
步驟一：將微片晶體2固于晶體固定底座1上，輸出鏡4固于輸出鏡固定底座3上，其中，微片晶體2鍍全反膜的一端面與泵浦相鄰，微片晶體2未鍍全反膜的另一端面與輸出鏡4緊貼，且輸出鏡4、微片晶體2和泵浦同軸；
步驟二、根據泵浦光數值孔徑選取耦合鏡的曲率半徑，并將確定后的耦合鏡置于泵浦光與微片晶體2之間并與二者同軸。
步驟三：半導體溫度控制組件6與微片晶體2連接，半導體溫度控制組件6根據微片晶體2的固有特性控制微片晶體2保持恒溫，調整耦合鏡和微片晶體2的距離，保證經耦合鏡耦合光纖輸出的泵浦光垂直照射微片晶體2；
步驟四：將位移控制器5與輸出鏡固定底座3連接，根據所需縱模數目，按照縱模個數計算公式確定位移控制器5的移動距離，位移控制器5按照所述移動距離控制輸出鏡4與微片晶體2的距離，通過位移控制器5控制輸出鏡4的位置改變輸出鏡4與微片晶體2的距離，以控制諧振腔腔長。
步驟五：泵浦光輸出激光，依次經過耦合鏡、恒溫的微片晶體2和輸出鏡4后，獲得所需的縱模個數。
進一步地，縱模個數計算公式為：
m，m＝δv/δv，其中，δv為增益端寬，δv為激光腔的頻率間隔，
對于一定的諧振腔，在增益線寬范圍內，且增益都處于閾值水平線以上的縱模，都能形成激光振蕩(多縱模工作狀態)。設由增益線寬和激勵水平(閾值)所決定的激光振蕩的頻率范圍為δv，諧振腔所允許的相鄰兩振蕩的頻率間隔為δv，則實際振蕩的頻率數目為δv/δv。在實驗中保證基橫模條件下，激光腔的頻率間隔為
我們進行的實驗結果表明，當半導體溫度控制器控溫18℃時，在泵浦源為半導體激光的試驗中，當諧振腔長分別約為0.8*1.82mm、1.1*1.82mm、2.4*1.82mm時，分別得到一個、兩個、三個的縱模均衡強度輸出結果。
綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。