[發(fā)明專利]LD抽運(yùn)固體激光器腔內(nèi)損耗測(cè)量方法及使用該方法的裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710058008.3
• 申請(qǐng)日: 2007-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN101132100A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋峰;蔡虹;劉淑靜;李騰;田建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南開大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/00
• 分類號(hào): H01S3/00;G01D21/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

【技術(shù)領(lǐng)域】：

本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域；具體地涉及對(duì)LD抽運(yùn)固體激光器腔內(nèi)損耗進(jìn)行測(cè)量；尤其是在激光器腔長(zhǎng)短、增益低的情況下對(duì)LD抽運(yùn)固體激光器腔內(nèi)損耗進(jìn)行測(cè)量。

【背景技術(shù)】：

LD抽運(yùn)固體激光器體積小巧、成本低，且可廣泛適用于激光測(cè)距、光通信等多個(gè)領(lǐng)域。在這種激光器的生產(chǎn)、研發(fā)及維護(hù)中，腔內(nèi)往返損耗是一個(gè)重要指標(biāo)。它與激光器凈增益的關(guān)系是決定激光器運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的主要因素。此外，準(zhǔn)確地確定腔內(nèi)往返損耗也是將調(diào)Q、穩(wěn)頻、選模等各種激光技術(shù)應(yīng)用于LD抽運(yùn)固體激光器的必要條件。

目前測(cè)量固體激光器腔內(nèi)損耗最常用的方法是Findlay-Clay分析法。該方法首先測(cè)量不同輸出鏡反射率下的抽運(yùn)閾值，再利用輸出鏡反射率與抽運(yùn)閾值的關(guān)系，通過(guò)數(shù)值擬合得到激光器腔內(nèi)損耗值。這種方法需要更換幾組不同反射率的輸出鏡，且需要反射率的變化范圍較大，這樣才能對(duì)腔內(nèi)往返損耗進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量。它只適用于具有較高增益的激光器。Findlay-Clay分析法還需要改變諧振腔的結(jié)構(gòu)，不僅給測(cè)量帶來(lái)一定的誤差，而且對(duì)諧振腔已封裝的激光器更是無(wú)能為力。在很多LD抽運(yùn)激光器尤其是微片激光器中，激光介質(zhì)長(zhǎng)度很短，增益相對(duì)較低，為了實(shí)現(xiàn)激光運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)常需要選擇反射率高的輸出鏡進(jìn)行輸出耦合。此類激光器難以在一定反射率范圍內(nèi)更換輸出鏡，這導(dǎo)致Findlay-Clay分析方法的使用受到一定限制。對(duì)于已經(jīng)封裝好的或者不希望調(diào)整的激光器，F(xiàn)indlay-Clay分析方法也無(wú)法適用。

測(cè)量腔內(nèi)往返損耗的另外一種途徑是從理論上分析激光運(yùn)轉(zhuǎn)的速率方程得到。這種方法的理論模型通常只考慮激光的產(chǎn)生，忽略其他躍遷過(guò)程。然而固體激光介質(zhì)中發(fā)光中心粒子能級(jí)豐富，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；受到抽運(yùn)源激發(fā)后，除激光下能級(jí)粒子的激發(fā)和上能級(jí)粒子的輻射躍遷外，還存在著其它一些躍遷過(guò)程，如常發(fā)生在稀土離子摻雜激光介質(zhì)中的無(wú)輻射弛豫和上轉(zhuǎn)換發(fā)光等。在LD高抽運(yùn)功率密度抽運(yùn)條件下，這些躍遷過(guò)程帶來(lái)了額外的損耗，顯著地影響著激光的運(yùn)轉(zhuǎn)和激光輸出。僅考慮固體激光器的激光產(chǎn)生過(guò)程而將其他躍遷過(guò)程的影響計(jì)入腔內(nèi)損耗，其測(cè)量和計(jì)算結(jié)果的可靠性將難以保證。

【發(fā)明內(nèi)容】：

為了解決背景技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明在考慮了與激光過(guò)程同時(shí)發(fā)生的其他躍遷過(guò)程情況下，提供了一種操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確、易于在研究和生產(chǎn)中實(shí)施的測(cè)量LD抽運(yùn)固體激光器腔內(nèi)損耗的方法及使用這種方法的裝置。

本發(fā)明的發(fā)明原理為：與激光的產(chǎn)生相伴的各種能量轉(zhuǎn)換過(guò)程均可在速率方程中得到表達(dá)，并影響激光介質(zhì)中反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度的分布和激光器的增益；激光器增益與損耗的關(guān)系最終體現(xiàn)在輸出激光功率與抽運(yùn)功率的關(guān)系上，而在實(shí)驗(yàn)中容易測(cè)量到LD抽運(yùn)固體激光器的輸出激光功率與相應(yīng)抽運(yùn)功率。

當(dāng)LD抽運(yùn)固體激光器中的工作物質(zhì)受到抽運(yùn)源激發(fā)后，影響激光運(yùn)轉(zhuǎn)的各能級(jí)粒子數(shù)會(huì)迅速發(fā)生變化。激光運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到穩(wěn)定的同時(shí)各能級(jí)粒子數(shù)將達(dá)到穩(wěn)定。在這個(gè)基礎(chǔ)上列出的各種固體激光器速率方程組雖然不盡相同，但是激光器穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其增益等于損耗，均可表達(dá)為振蕩光腔內(nèi)光子數(shù)變化率為零，即：