[發明專利]正交體全息光柵固體激光器

有效

• 申請號: 201611185184.9
• 申請日: 2016-12-20
• 公開（公告）號: CN108376902B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 王學軍
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: H01S3/1055
• 分類號: H01S3/1055;H01S3/081;H01S3/04;H01S3/106
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• 代理人: 暫無信息

本發明實施例提供一種正交體全息光柵固體激光器。激光器包括激光諧振腔，液冷腔，激活元件，泵浦源；激光諧振腔為線性諧振腔包括輸出鏡和高反鏡；液冷腔包括傾斜玻璃片、垂直玻璃片和泵浦窗口玻璃片；泵浦源用于通過耦合裝置向長方體狀的激活元件的側面發射泵浦光；耦合裝置用于將泵浦源發射的泵浦光耦合進激活元件。傾斜玻璃片與激活元件的振蕩激光通光面之間的最小距離為0.5毫米，且傾斜玻璃片的傾角在正交的兩個方向成0.5毫弧度到0.1弧度之間的傾角。在激活元件內部的兩個正交的平面內同時滿足簡并四波混頻條件。產生簡并四波混頻的平均閾值泵浦功率密度大于300瓦每平方厘米。未加選模裝置前，激光輸出是正交的夫瑯和費衍射花樣。

技術領域

本發明涉及固體激光器技術領域，特別是涉及一種正交體全息光柵固體激光器。

背景技術

激光原理的共焦腔理論指出，通常的基橫模固體激光器由于瑞利長度很小，例如只有不到1毫米（Dietrich, J. et al. 2008. Opt. Laser. Eng., 46(10), 705），導致基橫模腰斑半徑很小。這就使得，如果激光諧振腔的腔鏡及激光增益介質的口徑遠遠大于激光波長，例如激光波長為1微米，并且不在腔內加入橫模選擇裝置，激光器將輸出多模激光。隨著泵浦功率的提高，更多的橫模的增益超過閾值而起振輸出。同時，由于固體激光介質的散熱問題而產生的光學畸變、熱退偏，給高階橫模起振創造了更多的機會，因此光束質量顯著下降。這就是固體激光器的熱管理問題（周壽桓, 等. 2009. 中國激光, 36(7), 1605）。為了解決熱管理問題，出現了熱容、板條、薄片、光纖等多種類型的激光器。這些措施對光束質量產生不同程度的改善，但是仍存在不少問題。例如熱容激光器的激光介質的溫升效應、板條激光器的光束質量的不對稱、單面泵浦的薄片激光器的形變效應等。因此，為了獲得單模輸出，激光器必須有橫模控制手段。

為了獲得基模運轉，通常有在激光諧振腔內加入真空濾波器（光闌）、腔型設計等辦法。光闌法的缺點是輸出效率低下，甚至不出光。腔型法的問題在于對泵浦功率的敏感性。

受共焦腔理論的限制，為了克服基橫模腰斑很小，解決激光器的功率升高、光束質量非線性下降的難題，現有技術包括主振蕩器功率放大器（MOPA），光纖激光器相干合成，非穩腔等技術。MOPA與受激布里淵散射技術相結合，僅適用于高能脈沖激光系統，而光纖激光器相干合成處于發展之中，非穩腔由于輸出空心光斑使其適用范圍有限。

使用簡并四波混頻的自泵浦相位共軛環形腔技術，可以在激光介質內部產生體全息光柵。由于光柵同時的空間和光譜的選擇性，其對激光器橫向模式的影響甚大。如果激光諧振腔內沒有橫模控制裝置，比如光闌，則激光輸出為衍射狀光斑（Sillard, P. et al.1998. IEEE J. Quantum Elect., 34(3), 465）或者花瓣狀（Green, R. P. et al. 1996.IEEE J. Quantum Elect., 32(3), 371）。由于簡并四波混頻必須滿足能量、動量守恒條件，因此必須采用一種特殊的結構才能實現。現有技術的共同特征是在一個平面內使用環形激光諧振腔或者偏振反饋臂才能實現。光路非常復雜。

光子晶體光纖激光器的不間斷單模運轉條件，受到缺失空氣孔的數目的影響。當光子晶體光纖中僅僅缺失一個空氣孔的時候，且孔直徑與孔間距（光柵周期）之比小于0.4時，才能保證單模的運轉條作。當中心缺失3個或者7個空氣孔時，不間斷單模運轉條件變為要求該比值小于0.25以及小于0.15（Mortensen, N. A. et al. 2003. Opt. Lett. 28(20), 1879）。

發明內容

本發明提供一種可以運轉在高平均功率和高光束質量的激光二極管泵浦的正交體全息光柵固體激光器，特別是可以在板條的側面有效地泵浦耦合。