一種正交偏振雙波長雷射器的製作方法

2024-01-21 15:27:15 1

專利名稱：一種正交偏振雙波長雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射器領域。
背景技術：
雙波長雷射可廣泛應用於光通信、光動力學醫療、光計算、非線性頻率轉換、環境監測、雷射遙感、雷射雷達及光譜學等領域，已是國內外熱門的研究課題，特別是利用非線性光學差頻技術對雙波長雷射進行差頻，可產生太赫茲波。而太赫茲波與物質相互作用中包含有豐富的物理和化學信息，具有相干性、低能性、高穿透性、無損傷等獨特優異特性，在 物理、化學、天文學、生命和醫藥科學以及安全檢查、醫學成像、環境監測、食品檢驗、射電天文、衛星通信和武器制導等基礎與應用研究領域均具有巨大的科學研究價值和廣闊的應用前景，還是ー個尚未充分研發的電磁輻射區域。THz波主要是採用光學技術和電子學技術兩種方法來產生。非線性差頻過程是THz波的有效獲取方法之一，與其它技術相比，非線性差頻過程可以產生功率較高的相干寬帶可調諧的單頻THz波，最大優點是沒有閾值，設備簡單，結構緊湊，不需要價格昂貴的泵浦裝置，可產生較高功率的THz波輻射，甚至可以得到比太赫茲波參量振蕩器更寬的THz波調諧範圍。差頻方法產生THz波的兩個關鍵技術之一是要獲得功率較高、波長比較接近的泵浦光和信號光(波長相差不大於IOnm)的雙波長雷射泵浦源，核心元件是雙波長雷射增益晶體。YCaO(BO3)3晶體屬於單斜晶系，空間群為Cm，晶胞參數為a=8. 078A, b=16. 022A,c=3. 534A, B=IOl. 19°，d=3. 269。Yb 激活的 YCaO(BO3)3 雷射晶體在 976nm LD 泵浦下，在1060nm 1080nm波段具有寬的發射峰。在文獻OPTICS LETTERS 2007，32 (20) : 2909 2911中，山東大學晶體中心報導了採用976nm LD抽運y切的YbiYCaO(BO3)3雷射晶體，實現了 (E Il x)和(E Il z)的正交雙偏振雷射輸出，在1084. 3nm (E // x)處的輸出功率為3. 15W，在1061. 3nm (E // z)處的輸出功率為3. 45W。雖然Yb = YCaO(BO3)3雷射晶體可以實現(E // x)和(E // z)的正交雙偏振雷射輸出，但是當其應用於差頻方法產生THz波技術時，其正交雙偏振雷射輸出的雙波長相差為23nm,遠大於10nm，其對應的THz波的波段大於3THz，由於現有的紅外倍頻晶體在該波段的透光率都較小，如果Yb = YCaO(BO3)3雷射晶體應用於差頻技術產生THz波時，顯然地其功率和效率都會低下。

發明內容
本發明的目的在於公開ー種新型的正交偏振雙波長雷射器。本發明針對現有技術中存在的上述問題，提供了ー種雙波長相差小於IOnm的高功率、結構簡單的正交偏振雙波長雷射器，以便解決差頻技術產生THz波時的功率和效率低下問題。
這種正交偏振雙波長雷射器採用的是Yb3+ = Ca3La2(BO3)4晶體作為增益介質。Ca3La2 (BO3) 4晶體屬於正交晶系，空間群為Pnam,晶胞參數為a=7. 242A, b=16. 129A,c=8. 688A, V=IO 14. 8A3, Z=4, D=4. 145gcnT3。Yb3+: Ca3La2 (BO3) 4雷射晶體在 976nm LD 泵浦下，在980nm 1080nm波段具有寬的發射峰。採用這種設計方案的正交偏振雙波長雷射器，可以實現(E // X)和(E // y)的正交雙偏振雷射輸出，在1054 nm (E // x)處的連續輸出功率為2. 15W，在1059 nm (E // y)處的連續輸出功率為2. 45W，總功率達到4W以上，其正交雙偏振雷射輸出的雙波長相差為5nm,小於10nm，其差頻產生的THz波的波段小於3THz，由於紅外倍頻晶體在該波段的透光率較大，從而可以克服差頻技術產生THz波時的功率和效率低下問題。本發明的有益效果是，由於採用了 Yb3+ = Ca3La2(BO3)4晶體作為增益介質，能夠減小正交雙偏振雷射輸出的雙波長相差值，使其小於10nm，當採用差頻技術產生THz波時，對應 的THz波的波段小於3THz，從而處於紅外倍頻晶體的有效透過窗口，可以大大地提高THz波的功率和效率。
以下結合附圖對本發明的兩個個優選實施方式進行具體描述

圖1為測量得到的輸出雷射的波長，其中1054 nm波長的光為E // x偏振的雷射光譜，1059 nm波長的光為E // y偏振的雷射光譜。圖2為一種採用本發明正交偏振雙波長雷射器的實驗裝置圖。圖3為另一實施方式的實驗裝置圖。
具體實施例方式例1:圖2示出了本發明的第一個實施方式。泵浦源I為輸出波長為976nm的半導體雷射器。泵浦源聚焦系統2採用兩個平凸面鏡，將雷射聚焦到雷射晶體4上，雷射晶體4為摻雜Yb3+離子10%濃度的Ca3La2 (BO3) 4晶體做為雷射增益介質，切割出尺寸大小為3 X 3 X 3mm3的晶體，晶體方向Z切方向，通光方向的兩面進行器件拋光，將雷射晶體4用銦箔包裹，放於紫銅塊中，在紫銅塊中通冷卻水，將水溫保持在15-18°C。輸入鏡3為平面鏡，鍍上輸入膜，膜參數為T>90%@976nm，R>99. 9%i(1050-1070nm);輸出鏡5為平凹輸出鏡，膜參數為T=3%@(1050-1070nm)，焦距為R=_50mm，雷射器的腔長為3釐米。例2:圖3示出了本發明的第二個實施方式，除了 5的位置換成加入的Cr4+:YAG晶體(Cr4+:YAG晶體的初始透過率為96%，厚度為1_)，以及雷射器的腔長變為5釐米外，其他都與第一個實施方式是相同的。該實施方式是在第一個實施方式的基礎上加上Cr4+: YAG晶體作為被動調Q元件，實現高效的正交偏振雙波長被動調Q脈衝雷射輸出。輸出鏡6為平凹輸出鏡，膜參數與第一個實施方式的一致。毫無疑問，本發明的結構與裝置還可具有多種變換，並不僅限於上述實施方式，如泵浦源可以採用其他類型的雷射器，鏡片以及膜的參數也可以變換以實現更高的功率輸出。總之，本發明的保護範圍應包括那些對於本領域普通技術人員來說顯而易見的變換或替代已經改型。
權利要求
1.一種正交雙偏振雙波長雷射器，其特徵在於米用Yb: Ca3La2 (BO3)4晶體作為雷射增益介質，以半導體雷射器或者其他光源作為泵浦源，分別通過連續和被動調Q的雷射技術來獲得1054 nm (E Il x)和1059 nm (E Il y)處的正交偏振雙波長雷射輸出。
全文摘要
本發明提供一種正交雙偏振雙波長雷射器，涉及雷射器領域。該雷射器採用Yb: Ca3La2(BO3)4晶體作為雷射增益介質，以半導體雷射器或其他光源作為泵浦源，分別通過連續和被動調Q的雷射技術來獲得1054 nm (E∥x)和1059 nm (E∥y)處的正交偏振雙波長雷射輸出。
文檔編號H01S3/16GK103022882SQ20121050153
公開日2013年4月3日 申請日期2012年11月30日 優先權日2012年11月30日
發明者塗朝陽, 王燁青, 遊振宇, 朱昭捷, 王燕, 李堅富 申請人:中國科學院福建物質結構研究所