[發明專利]提高Nd:YAG激光器線偏振輸出功率的裝置及方法

無效

• 申請號: 201110147802.1
• 申請日: 2011-06-02
• 公開（公告）號: CN102244341A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 李強;孫哲;惠勇凌;雷訇;姜夢華
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/06
• 分類號: H01S3/06;H01S3/101
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明涉及一種使用半導體激光器側面泵浦[100]方向切割的Nd:YAG晶體棒，并旋轉偏光分光器來尋找最大的線偏振光輸出功率的裝置及方法，屬于激光器制造領域。

背景技術

半導體激光器的發射光譜和固體增益介質的吸收光譜匹配程度高，但是隨著抽運功率的增大，激光介質的熱效應越來越明顯，引起熱致雙折射等現象。對于運轉需要線偏振光束的激光器，比如電光調Q、倍頻和光束外調制等，由熱致雙折射引起的熱退偏效應將明顯增加，嚴重影響固體激光器的輸出功率。為了降低熱退偏效應對激光器性能的影響，目前主要采取補償熱致雙折射的辦法，使棒截面上每一點的徑向和切向偏振輻射都獲得相同的相位延遲。常見的補償方法是集成法拉第旋轉器和反射鏡來補償振蕩器的熱退偏。

W.Koechner和D.K.Rice于1970年針對不同切割方向的Nd:YAG晶體棒的熱致雙折射進行了理論分析，計算出了不同偏振方向下，單通運轉熱致雙折射的變化規律。Oliver?Puncken，Henrik?Tünnermann，James?J.Morehead等于2010年在理論分析的基礎上進行了探測光實驗，得出了相似的結論。本發明內容是使用[100]方向切割的Nd:YAG晶體棒作為激光介質，進行自由振蕩實驗，研究對實際激光器的價值。通過改變線偏振光的偏振方向，可以得到最大的線偏振光輸出功率，相比于[111]方向切割的Nd:YAG晶體棒作為激光介質時有了明顯改善，即能夠有效的提高自由振蕩條件下棒狀Nd:YAG激光器的線偏振光輸出功率。

發明內容

本發明的目的在于克服常見[111]方向切割的Nd:YAG晶體熱退偏補償方法的不足，提出一種提高棒狀Nd:YAG晶體激光器線偏振光輸出功率的裝置及方法。

全反射鏡(1)、激光介質(4)和輸出鏡(5)順序放置構成激光諧振腔，激光介質(4)安裝于半導體激光器模塊(3)內，半導體激光器模塊(3)側面泵浦激光介質(4)產生激光。激光介質(4)是使用[100]切割方向的Nd:YAG晶體棒，激光介質(4)和全反射鏡(1)之間設有能夠使激光器輸出P偏光的線偏振激光的偏光分光器(2)。在調節過程中，旋轉激光介質(4)和全反射鏡(1)之間設有的偏光分光器(2)，在360度的旋轉調節范圍內，存在四個線偏振光輸出功率的變化周期，分別有四個線偏振光輸出功率極大值和極小值。激光器的熱退偏是影響線偏振光輸出功率大小的關鍵因素，熱退偏越小，線偏振光輸出功率越大。選取其中任意一個線偏振光輸出功率極大值的方向作為偏光分光器的方向，在激光器自由振蕩條件下，可以使激光器的熱退偏最小，實現棒狀Nd:YAG晶體激光器線偏振光輸出功率的提高。

本發明用全新的思路實現了棒狀Nd:YAG晶體激光器線偏振光輸出功率的提高，相比于傳統補償熱退偏的方法有以下優點：

熱退偏效應明顯減小；

避免了插入補償熱退偏的器件所帶來的額外損耗；

激光器輸出功率比傳統補償熱退偏的方法能夠提高10％以上；

大大降低了激光器成本；

操作更為簡單，易于實現工程應用。

本發明具有實質性的特點和顯著進步，本發明所述的方法可以廣泛應用于半導體泵浦棒狀Nd:YAG晶體激光器中，能夠明顯提高激光器的效率、穩定性和輸出功率。

附圖說明

圖1是本發明系統示意圖

圖2是偏光分光器工作示意圖

圖3是垂直于[111]方向Nd:YAG棒截面內θ角與角的關系圖

圖4是垂直于[100]方向Nd:YAG棒截面內θ角與角的關系圖

圖5是一個線偏振光功率變化周期內(45度)，泵浦[111]方向切割Nd:YAG晶體與[100]方向切割Nd:YAG晶體時，輸出功率變化規律關系圖

圖6是泵浦[100]方向切割Nd:YAG晶體時，旋轉偏光分光器360度，輸出功率的變化規律圖

圖7是[111]與[100]切割方向Nd:YAG棒的線偏振與非線偏振激光輸出功率的比值與泵浦功率的關系圖

具體實施方式

如圖1所示，本發明是由全反射鏡(1)、偏光分光器(2)、半導體激光泵浦模塊(3)、激光介質(4)和輸出鏡(5)構成，以下結合[111]和[100]方向切割Nd:YAG晶體的熱應力雙折射效應，及其所產生的熱退偏效應，對本發明方法做進一步說明。