實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法
2023-06-05 01:27:26 2
專利名稱：實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法
技術領域：
本發明涉及一種實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法。
背景技術：
近幾年來，具有窄線寬，可調諧特性的增益光柵分布反饋雷射器由於其寬廣的潛在應用範圍而越來越受到關注。分布反饋雷射器與傳統雷射器比較有其顯著的特點。傳統雷射器需要設計雷射腔來形成雷射振蕩，而分布反饋雷射器不需要雷射腔，它是由雷射增益介質中形成的增益光柵或折射率光柵充當類似雷射腔鏡的反饋作用，而直接在增益區的兩端輸出雷射，輸出雷射波長滿足布拉格條件(Bragg scattering condition)λ0＝2nΛ/M，λ0為輸出光波在真空中的波長，n為雷射介質折射率，Λ為增益光柵或折射率光柵的條紋間距，M是布拉格級次。通過改變Λ可獲得可調諧雷射輸出，而Q脈衝泵浦的增益光柵分布反饋雷射器還可獲得ps可調諧脈衝輸出。與傳統的鎖模雷射器和窄線寬雷射器相比，可調諧分布反饋雷射器不需要任何複雜的色散補償光學系統和色散元件，因而結構緊湊，使用簡單。然而，增益光柵分布反饋雷射器也存在很大缺陷，對於很多雷射介質，由於泵浦波長所決定的增益光柵間距和可調諧輸出波長無法用布拉格一級條件匹配而只能用二級或更高級的布拉格條件，而高級布拉格條件對應較弱的布拉格耦合，使雷射器轉換效率大大降低。(Xiaolei Zhu andDennis LoChin.Opt.Lett.1(2003)99)這就使得增益光柵分布反饋雷射器難以得到應用。
發明內容
本發明的目的是提供一種實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法，使得絕大多數情況下對於上述一般情況下必須採用布拉格二級或高級衍射條件的雷射介質仍滿足布拉格一級衍射條件，獲得高效率的雷射輸出。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下將泵浦光通過稜鏡兩斜面耦合到雷射介質，稜鏡底面和雷射介質的接觸關係是稜鏡和雷射介質的緻密結合；或稜鏡底面和雷射介質間通過折射率匹配物質結合；兩束泵浦光從稜鏡兩斜面入射，並透過稜鏡在雷射介質中幹涉，在泵浦區形成長條形增益光柵，分布反饋雷射從長條形泵浦區兩端輸出窄線寬雷射，改變兩束泵浦光在稜鏡中的夾角2θ，可改變輸出雷射波長即實現了可調諧。
所說的稜鏡為等腰稜鏡，其參數設計方法假定泵浦光波長為λp及雷射介質輸出波長為λ0，雷射介質折射率為n0，兩幹涉光束在稜鏡中夾角為2θ，選擇折射率n1為1.45～1.8的對泵浦光透明無吸收材料，計算能否找到合適的θ滿足公式(n1λ0sin(θ))/n0＝λp，若有，則可選取折射率為n1的材料製備稜鏡，所謂合適的θ為25°-65°，能採用布拉格二級衍射條件的雷射介質總能找到合適θ滿足此公式，稜鏡底邊長度需大於泵浦區長度，並對其兩斜面進行鍍膜處理，使其對波長λp高透。
所說的雷射介質為所有可光泵雷射介質。
本發明與背景技術相比，具有的有益的效果是對於由于波長匹配問題而不能正常實現分布反饋一級輸出的雷射介質，本發明使其分布反饋一級輸出仍可實現，並能降低泵浦閾值，顯著提高轉換效率。例如對於532nm泵浦的R6G一二級輸出的理論計算可知，閾值可降低到1/2左右，若泵浦光功率在其二級閾值附近，一級輸出脈衝峰值功率比二級輸出大一個數量級，輸出ps脈衝寬度約為二級輸出的1/2，若泵浦光功率為兩倍的二級閾值，一級輸出脈衝峰值功率為二級輸出的5倍左右，輸出ps脈衝寬度相近
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
圖1稜鏡和雷射介質結合的一種情況；圖2稜鏡和雷射介質結合的另一種情況；圖3泵浦光及分布反饋雷射示意圖。
具體實施例方式
將泵浦光通過稜鏡1兩斜面耦合到雷射介質2，稜鏡1底面和雷射介質2的接觸關係是稜鏡1和雷射介質2的緻密結合；或稜鏡1底面和雷射介質2間通過折射率匹配物質3結合；兩束泵浦光從稜鏡兩斜面入射，並透過稜鏡在雷射介質2中幹涉，在泵浦區4形成長條形增益光柵，分布反饋雷射從長條形泵浦區4兩端輸出窄線寬雷射，改變兩束泵浦光在稜鏡中的夾角2θ，可改變輸出雷射波長即實現了可調諧。
所說的稜鏡1為等腰稜鏡，其參數設計方法假定泵浦光波長為λp及雷射介質輸出波長為λ0，雷射介質折射率為n0，兩幹涉光束在稜鏡中夾角為2θ，選擇折射率n1為1.45～1.8的對泵浦光透明無吸收材料，計算能否找到合適的θ滿足公式(n1λ0sin(θ))/n0＝λp，若有，則可選取折射率為n1的材料製備稜鏡，所謂合適的θ為25°-65°，能採用布拉格二級衍射條件的雷射介質總能找到合適θ滿足此公式，稜鏡底邊長度需大於泵浦區4長度，並對其兩斜面進行鍍膜處理，使其對波長λp高透。
所說的雷射介質2為所有可光泵雷射介質。
增益光柵分布反饋雷射器布拉格一級輸出泵浦方法是將泵浦光用一等腰稜鏡1過度，把泵浦方法由原來的泵浦光直接從空氣介質照射到雷射介質改為通過稜鏡耦合到雷射介質2，從而在不影響雷射介質對泵浦光吸收的條件下變相的改變了入射到雷射介質的泵浦光波長，使得布拉格一級輸出條件得到滿足。其中關鍵是稜鏡和雷射介質的接觸關係，主要有兩種方式，一種是稜鏡1和雷射介質2的緻密結合即稜鏡底面和雷射介質平面間沒有第三層介質(如圖1所示)。雷射介質可以是固體或液體。另一種情況是稜鏡1和雷射介質2間通過某種折射率的物質3結合(如圖2所示)，這種物質可以是液體或膠體，其關鍵是它能夠和稜鏡底邊和雷射介質平面很好的結合。這種情況主要用來解決稜鏡和雷射介質難以緻密結合的問題。如圖3a、b所示為泵浦光和分部反饋雷射的情況，兩束泵浦光(由同一束雷射分光而來)從稜鏡兩斜面入射，並透過稜鏡在雷射介質中幹涉，在泵浦區形成長條形增益光柵，分布反饋雷射從長條形泵浦區兩端輸出窄線寬雷射，若改變兩束泵浦光的夾角，可改變輸出雷射波長即實現了可調諧。
實施例1雷射介質為鈦寶石(折射率為1.76，雷射中心波長大約在790nm)，用波長為532nm的調Q脈衝泵浦，選用折射率為1.795，SF11為材料的稜鏡。鈦寶石和SF11稜鏡間採用匹配液(圖2)的方法結合，匹配液選為折射率為1.58的甲苯和α-溴代萘混合液。根據稜鏡參數設計方法計算可知θ為41度。則可選用θ為45度，底邊長度略長於鈦寶石晶體的等腰直角稜鏡，並將其兩直角面度膜，使得對泵浦光增透。根據532nm泵浦的鈦寶石一二級輸出的理論計算，一級輸出閾值可降低到二級輸出的2/3左右，若泵浦光功率在其二級閾值附近，一級輸出脈衝峰值功率比二級輸出大一個數量級(60Mw左右)，輸出ps脈衝寬度約為二級輸出的1/2(50ps左右)，若泵浦光功率為兩倍的二級閾值，一級輸出脈衝峰值功率為二級輸出的5倍左右(120Mw)，輸出ps脈衝寬度相近(40ps左右)。
實施例2雷射介質為液態染料R6G(折射率為1.44，雷射中心波長大約在590nm)，用波長為532nm的調Q脈衝泵浦，選用折射率為1.52的K8光學玻璃為材料的稜鏡。液態R6G和稜鏡間採用圖1所示的方法結合。根據稜鏡參數設計方法計算可知θ為58.7度。則可選用θ為60度，底邊長度為1-2cm的等邊三稜鏡，並將其兩斜面度膜，使得對泵浦光增透。根據532nm泵浦的R6G一二級輸出的理論計算，閾值可降低到1/2左右，若泵浦光功率在其二級閾值附近，一級輸出脈衝峰值功率比二級輸出大一個數量級，輸出ps脈衝寬度約為二級輸出的1/2，若泵浦光功率為兩倍的二級閾值，一級輸出脈衝峰值功率為二級輸出的5倍左右，輸出ps脈衝寬度相近。
實施例3雷射介質為固態染料Rhodamine B(折射率為1.49，雷射中心波長大約在600nm)，用波長為532nm的調Q脈衝泵浦，選用折射率為1.52的K8光學玻璃為材料的稜鏡。採用現有的固態染料製備方法，將固態染料Rhodamine B和稜鏡間採用圖1所示的方法結合，並將固態染料有光輸出的面拋光。根據稜鏡參數設計方法計算可知θ為60.4度。則可選用θ為60度，底邊長度為1cm左右的等邊稜鏡，並將其兩邊角面度膜，使得對泵浦光增透。根據532nm泵浦的Rhodamine B一二級輸出的理論計算，可得到實施例1，2類似的結果。
權利要求
1.一種實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法，其特徵在於將泵浦光通過稜鏡(1)兩斜面耦合到雷射介質(2)，稜鏡(1)底面和雷射介質(2)的接觸關係是稜鏡(1)和雷射介質(2)的緻密結合；或稜鏡(1)底面和雷射介質(2)間通過折射率匹配物質(3)結合；兩束泵浦光從稜鏡兩斜面入射，並透過稜鏡在雷射介質(2)中幹涉，在泵浦區(4)形成長條形增益光柵，分布反饋雷射從長條形泵浦區(4)兩端輸出窄線寬雷射，改變兩束泵浦光在稜鏡中的夾角2θ，可改變輸出雷射波長即實現了可調諧。
2.根據權利要求1所述的一種實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法，其特徵在於所說的稜鏡(1)為等腰稜鏡，其參數設計方法假定泵浦光波長為λp及雷射介質輸出波長為λ0，雷射介質折射率為n0，兩幹涉光束在稜鏡中夾角為2θ，選擇折射率n1為1.45～1.8的對泵浦光透明無吸收材料，計算能否找到合適的θ滿足公式(n1λ0sin(θ))/n0＝λp，若有，則可選取折射率為n1的材料製備稜鏡，所謂合適的θ為25°-65°，能採用布拉格二級衍射條件的雷射介質總能找到合適θ滿足此公式，稜鏡底邊長度需大於泵浦區(4)長度，並對其兩斜面進行鍍膜處理，使其對波長λp高透。
3.根據權利要求1所述的一種實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法，其特徵在於所說的雷射介質(2)為所有可光泵雷射介質。
全文摘要
本發明公開了一種實現增益光柵分布反饋布拉格一級雷射輸出的泵浦方法。將泵浦光通過稜鏡兩斜面耦合到雷射介質，稜鏡底面和雷射介質的接觸關係是稜鏡和雷射介質的緻密結合；或稜鏡底面和雷射介質間通過折射率匹配物質結合；兩束泵浦光從稜鏡兩斜面入射，並透過稜鏡在雷射介質中幹涉，在泵浦區形成長條形增益光柵，分布反饋雷射從長條形泵浦區兩端輸出窄線寬雷射，改變兩束泵浦光在稜鏡中的夾角2θ，可改變輸出雷射波長即實現了可調諧。對於由于波長匹配問題而不能正常實現分布反饋一級輸出的雷射介質，本發明使其分布反饋一級輸出仍可實現，並能降低泵浦閾值，顯著提高轉換效率。
文檔編號H01S3/091GK1564400SQ200410017630
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優先權日2004年4月9日
發明者洪治, 姚小科 申請人:浙江大學