[发明专利]正交体全息光栅固体激光器

说明书

本发明实施例提供一种正交体全息光栅固体激光器。激光器包括激光谐振腔，液冷腔，激活元件，泵浦源；激光谐振腔为线性谐振腔包括输出镜和高反镜；液冷腔包括倾斜玻璃片、垂直玻璃片和泵浦窗口玻璃片；泵浦源用于通过耦合装置向长方体状的激活元件的侧面发射泵浦光；耦合装置用于将泵浦源发射的泵浦光耦合进激活元件。倾斜玻璃片与激活元件的振荡激光通光面之间的最小距离为0.5毫米，且倾斜玻璃片的倾角在正交的两个方向成0.5毫弧度到0.1弧度之间的倾角。在激活元件内部的两个正交的平面内同时满足简并四波混频条件。产生简并四波混频的平均阈值泵浦功率密度大于300瓦每平方厘米。未加选模装置前，激光输出是正交的夫琅和费衍射花样。

技术领域

本发明涉及固体激光器技术领域，特别是涉及一种正交体全息光栅固体激光器。

背景技术

激光原理的共焦腔理论指出，通常的基横模固体激光器由于瑞利长度很小，例如只有不到1毫米（Dietrich, J. et al. 2008. Opt. Laser. Eng., 46(10), 705），导致基横模腰斑半径很小。这就使得，如果激光谐振腔的腔镜及激光增益介质的口径远远大于激光波长，例如激光波长为1微米，并且不在腔内加入横模选择装置，激光器将输出多模激光。随着泵浦功率的提高，更多的横模的增益超过阈值而起振输出。同时，由于固体激光介质的散热问题而产生的光学畸变、热退偏，给高阶横模起振创造了更多的机会，因此光束质量显著下降。这就是固体激光器的热管理问题（周寿桓, 等. 2009. 中国激光, 36(7), 1605）。为了解决热管理问题，出现了热容、板条、薄片、光纤等多种类型的激光器。这些措施对光束质量产生不同程度的改善，但是仍存在不少问题。例如热容激光器的激光介质的温升效应、板条激光器的光束质量的不对称、单面泵浦的薄片激光器的形变效应等。因此，为了获得单模输出，激光器必须有横模控制手段。

为了获得基模运转，通常有在激光谐振腔内加入真空滤波器（光阑）、腔型设计等办法。光阑法的缺点是输出效率低下，甚至不出光。腔型法的问题在于对泵浦功率的敏感性。

受共焦腔理论的限制，为了克服基横模腰斑很小，解决激光器的功率升高、光束质量非线性下降的难题，现有技术包括主振荡器功率放大器（MOPA），光纤激光器相干合成，非稳腔等技术。MOPA与受激布里渊散射技术相结合，仅适用于高能脉冲激光系统，而光纤激光器相干合成处于发展之中，非稳腔由于输出空心光斑使其适用范围有限。

使用简并四波混频的自泵浦相位共轭环形腔技术，可以在激光介质内部产生体全息光栅。由于光栅同时的空间和光谱的选择性，其对激光器横向模式的影响甚大。如果激光谐振腔内没有横模控制装置，比如光阑，则激光输出为衍射状光斑（Sillard, P. et al.1998. IEEE J. Quantum Elect., 34(3), 465）或者花瓣状（Green, R. P. et al. 1996.IEEE J. Quantum Elect., 32(3), 371）。由于简并四波混频必须满足能量、动量守恒条件，因此必须采用一种特殊的结构才能实现。现有技术的共同特征是在一个平面内使用环形激光谐振腔或者偏振反馈臂才能实现。光路非常复杂。

光子晶体光纤激光器的不间断单模运转条件，受到缺失空气孔的数目的影响。当光子晶体光纤中仅仅缺失一个空气孔的时候，且孔直径与孔间距（光栅周期）之比小于0.4时，才能保证单模的运转条作。当中心缺失3个或者7个空气孔时，不间断单模运转条件变为要求该比值小于0.25以及小于0.15（Mortensen, N. A. et al. 2003. Opt. Lett. 28(20), 1879）。

发明内容

本发明提供一种可以运转在高平均功率和高光束质量的激光二极管泵浦的正交体全息光栅固体激光器，特别是可以在板条的侧面有效地泵浦耦合。