一種基于扭擺模腔和體光柵的固體激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及固體激光器，尤其是光學諧振腔內倍頻的窄線寬單縱模固體激光器。
【背景技術】
[0002]固體激光器通常包含激光二極管，光學諧振腔，增益介質，優化光束質量的光學元件，亦或包含波長轉換的非線性晶體。固體激光器能在緊湊的結構上(< 10厘米)實現，并產生高光束質量的中高功率輸出。因此，固體激光器被廣泛應用到光存儲，彩色顯示，激光投影儀，機器視覺和生物技術及醫療診斷等領域。
[0003]請參見圖1，其示出示出了現有技術中的一種固體激光器的結構示意圖。如圖1所示，固體激光器包括泵浦源101、光學諧振腔以及耦合聚焦裝置102。所述光學諧振腔包括:端鏡103、耦合輸出鏡105以及增益介質104。耦合聚焦裝置102設置于泵浦源101和所述光學諧振腔之間，將泵浦源101發射的泵浦光聚焦至所述光學諧振腔的端鏡103。該光學諧振腔的激光器能產生激光106。
[0004]通常，固體激光器是利用部分反射鏡或雙色鏡作為耦合輸出鏡的。但是如果增益介質增益譜線包含多條緊鄰的并具有不同增益的譜線，或者增益譜是寬連續譜，用傳統的耦合輸出鏡去選擇需要的激光波長已不再適用，這主要是因為部分反射鏡或雙色鏡的常規鍍膜厚度不能對不需要的相鄰譜線實現足夠的強度衰減。如果要用傳統的耦合輸出鏡，其膜系結構要經過復雜的設計，而且通常需要更厚的膜厚，這不僅增加了鍍膜的技術難度而且也大幅提高了鍍膜的成本。對于利用Nd:YAG作為增益介質的固體激光器尤其如此，因為Nd -.YAG晶體的發射譜線有20多條，其中的一些波長間隔很小，如1053nm、10641nm、1064nm、1073nm、1078nm、1112nm和1122nm。為了解決上述問題，光學標準具，雙色濾波器，Lyot濾波器或者色散性棱鏡被置于光學諧振腔中選擇所需波長。盡管這些光學器件能夠有效地選擇所需波長，但同時也帶有副作用，比如增加了腔內損耗，使諧振腔結構更復雜，從而導致激光輸出功率降低和激光運行不穩定。
[0005]此外，固體激光器一般采用駐波腔作為光學諧振腔。由于腔中駐波模式的存在，增益會沿增益介質軸向呈現周期性飽和，導致空間燒孔的出現，這種現象嚴重影響單縱模的運行和激光的穩定性。為了消除空間燒孔，常用的方法是用電光調制器移動某個腔鏡使駐波模式在增益介質中移動從而避免出現穩定的周期性飽和增益，但光電調制器的存在使諧振腔結構復雜，影響激光穩定性。一種更實用的方法是利用單向環形諧振腔，在這種腔中光波沿單一方向循環傳播從而避免了駐波的出現。環形腔有兩個方向，如果光波在一個方向上傳播的損耗比沿另一方向傳播的損耗大，激光將沿損耗低的方向運行起來。這種損耗差異可以通過插入一個法拉第旋光器和一個半波片來實現，因為這樣的一個組合會產生依賴與傳播方向的偏振旋轉，使光波沿一個方向傳播是保持偏振不變而沿另一個方向傳播時則偏振發生旋轉。但是插入這些光學器件會增加腔內損耗從而增加出光閾值，另外相比于駐波諧振腔，單向環形腔通常占有更大的體積，很難實現適用于上述應用小型化器件。
【發明內容】
[0006]針對現有技術中實現窄線寬單縱模的固體激光器的缺陷，本發明的目的是提出一種基于扭擺模腔和體光柵的固體激光器，其通過設置扭擺模腔、以反射型布拉格體光柵作為耦合輸出鏡，實現穩定的單縱模運行和窄線寬輸出。
[0007]根據本發明的一個發明提供一種基于扭擺模腔和體光柵的固體激光器，其特征在于，所述基于扭擺模腔和體光柵的固體激光器包括:泵浦源，用于發射泵浦光；光學諧振腔，所述光學諧振腔包括:端鏡，所述端鏡為一高反射鏡，用于將所述泵浦光引入所述光學諧振腔內；親合輸出鏡，與所述端鏡間隔設置，所述親合輸出鏡為一反射型布拉格體光柵；扭擺模腔，所述扭擺模腔包括:第一波片，設置于靠近所述泵浦源的一側；第二波片，設置于遠離所述泵浦源的一側；增益介質，設置于所述第一波片和所述第二波片之間，用于產生基頻激光；耦合聚焦裝置，設置于所述泵浦源和所述光學諧振腔之間，將所述泵浦源發射的泵浦光聚焦至所述光學諧振腔。
[0008]優選地，所述高反射鏡對所選的基頻光及其倍頻光產生超過99.8%的反射率。
[0009]優選地，所述高反射鏡為入射表面設有高反射膜的鏡片或者入射表面設置有高反射膜的光學元件。
[0010]優選地，所述第一波片靠近所述泵浦源的一側表面設有高反射膜，作為所述高反射鏡。
[0011]優選地，所述光學諧振腔還包括一倍頻晶體，用于將基頻光轉化成其二次諧波。
[0012]優選地，所述增益介質、倍頻晶體、第一波片以及第二波片通過光膠膠合在一起以減少腔內損耗。
[0013]優選地，所述倍頻晶體設置于所述第一波片與增益介質之間或者所述增益介質與第二波片之間。
[0014]優選地，所述倍頻晶體設置于所述扭擺模腔外。
[0015]優選地，所述倍頻晶體位于所述扭擺模腔外、靠近所述泵浦源的一側，作為所述高反射鏡，所述倍頻晶體靠近所述泵浦源的一側表面設有高反射膜。
[0016]優選地，所述倍頻晶體為第一類相位匹配晶體。
[0017]優選地，所述高反射鏡為一凹面鏡，所述凹面鏡的靠近所述泵浦源的一側表面設有增透膜，其遠離所述泵浦源的一側表面為凹面，且設有高反射膜、部分反射膜以及增透膜。
[0018]優選地，所述光學諧振腔為一 V型腔，其還包括一反射鏡，光經所述反射鏡反射至所述耦合輸出鏡。
[0019]優選地，所述第一波片和所述第二波片均為一四分之一波片。
[0020]優選地，所述第一波片和第二波片的快/慢軸的指向與所述倍頻晶體的相位匹配類型和光軸指向相適應。
[0021]優選地，所述泵浦源為固體激光源、半導體激光源或氣體激光源中的任一種。
[0022]優選地，所述反射型布拉格體光柵的布拉格波長為所選基頻激光波長。
[0023]優選地，所述反射型布拉格體光柵的布拉格波長與所述增益介質的一條分離增益譜線的中心波長或者連續增益譜線中的一個波長相對應。
[0024]優選地，所述反射型布拉格體光柵對所選基頻光的反射率超過99.5%。
[0025]優選地，所述反射型布拉格體光柵的表面鍍有對所選基頻光及其二次諧波增透的增透膜。
[0026]優選地，所述增益介質為具有分離增益譜線的介質或者具有連續增益譜線的介質。
[0027]優選地，所述增益介質為摻釹釔鋁石榴石、摻釹礬酸釔、摻鈦藍寶石、或者摻鉻鎂橄欖石中的任一種。
[0028]優選地，所述倍頻晶體為光學非線性晶體、周期性極化晶體，可將基頻光轉化成二次諧波。
[0029]本發明揭示了一種基于扭擺模腔和體光柵的固體激光器，其結合扭擺模腔和反射型布拉格體光柵來實現單縱模運行和窄線寬輸出。其中，扭擺模腔可用于消除空間燒孔，反射型布拉格體光柵可作為耦合輸出鏡并以極高的精度選擇所需波長。也即，窄線寬特性通過利用反射型體光柵作為耦合輸出鏡實現，單縱模運行通過結合扭擺模腔和反射型體光柵的窄帶寬來保障的，用扭擺模腔替代駐波腔可有效地消除空間燒孔從而保證單縱模的運行。
[0030]需要說明的是，雖然扭擺模腔和反射型布拉格體光柵為已現有技術，但本發明的關鍵技術是將扭擺模腔和反射型體光柵結合來實現在任意增益譜線上選擇任意波長進行激光振蕩輸出，同時保證穩定的單縱模運行、窄線寬激光輸出，以更為小巧、緊湊的結構實現了體積較大的環形諧振腔激光器的所有特性。并且，光學諧振腔中還插入一倍頻晶體，從而產生二次諧波激光卻無“綠光問題”。該固體激光器具有