[发明专利]一种产生稳定双频输出的互注入锁定固体激光器装置

说明书

本发明专利是一款新型的产生稳定双频输出的互注入锁定固体激光器装置。该装置包括双频微片子谐振腔、Nd:YAG晶体子谐振腔两部分。其中双频子谐振腔产生双频激光源，Nd:YAG晶体子谐振腔和双频子谐振腔共用一个谐振腔镜，实现两子谐振腔互注入。本装置能够实现双频激光互注入锁定的稳定输出，无需额外的反馈稳定系统，装置简单，稳定性好。

技术领域：

本发明涉及双频激光技术、稳频技术和互注入固体激光器技术，特别是涉及可直接产生稳定频差的双频激光输出的互注入固体激光器技术。

背景技术：

双频激光技术在干涉测量领域、光学传感、原子寿命测量以及太赫兹波的产生等领域发挥着重要的作用。绝对距离干涉计量技术是大范围长度精密测量的有效手段；在光学传感中，通过双频干涉技术使光频变化可以直接在微波频段采用电子学的手段进行测量。互注入激光技术能够使两个谐振腔自组织实现相位锁定，在混沌保密通信、多光束干涉加工、高功率激光输出和激光武器等领域拥有重要的应用价值。在激光加工中，利用互注入系统产生的多路激光是能量几乎相同和相位差恒定的光，干涉效果好；在高功率激光器中，互注入系统中的多个谐振腔输出光相干性好，通过将多束激光束相干合成实现了高功率高亮度的激光输出。常见的双频激光器多使用主动反馈稳频技术来稳定双频频差。本发明通过双频激光器和另一激光器的光束互注入，达到共同的工作状态，无需主动反馈稳频模块实现了频差稳定的双频激光输出。

发明内容：

本发明利用双频微片激光器和晶体固体激光器互注入实现双频激光输出。双频微片激光器产生双频激光源，通过与晶体固体激光器互相注入，达到共同的工作状态，从而实现整体激光器的双频激光输出。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

激光器谐振腔由两个子谐振腔级联而成：一个为双频微片谐振腔(子谐振腔1)，在晶体表面镀膜构成谐振腔，用来产生双频激光源；另一个为晶体固体谐振腔(子谐振腔2)，增益介质晶体和外部腔镜构成谐振腔，两子谐振腔共用双频微片晶体端面作为一侧的谐振腔镜。

互注入系统就是将两个激光器相互耦合，将整个光路视为统一的谐振腔，实现能量互注入。在整个互注入系统中，要求激光频率能同时满足两子谐振腔振荡条件。子谐振腔2的长度相较于子谐振腔1的长度极长，纵模频率间隔极短，从而保证在一个偏振方向上纵模频率对准时，另一个方向上的纵模频率也几乎对准，实现两子谐振腔互注入锁定。当两子谐振腔稳定在互注入锁定状态时，子谐振腔2内也输出双频激光，得到稳定的双频激光输出。

本发明具有的有益效果是：

本技术提供了一种产生稳定频差的双频激光输出的方法，通过互注入技术直接产生频差稳定的双频激光输出，不需要对两种频率分别进行稳频，极大的简化了激光器组成，提高了激光器的稳定性。相比单向注入技术，互注入技术能更容易的实现并保持锁定状态。

附图说明：

图1为频差可调的稳定双频输出的互注入锁定固体激光器装置结构图，主要结构为双频微片子谐振腔、晶体子谐振腔。

图1符号说明如下：1，反射镜；2，增益晶体；3，四分之一波片；4，偏振分束棱镜；5，晶体子谐振腔输出镜；6，微片晶体。

具体实施方式：

子谐振腔1是由增益晶体Nd:YAG晶体和双折射晶体LiTaO₃晶体复合而成。两者采用微片结构，Nd:YAG厚度为0.4mm，LiTaO₃厚度为1mm，横截面积为5mm*5mm。以光胶的形式贴合在一起。在增益晶体端面镀808nm高透膜和1064nm高反膜，在双折射晶体端面镀1064nm高反膜，构成子谐振腔1两端腔镜。整个微片晶体下表面贴合半导体制冷器。

子谐振腔2是由输出镜、偏振分束棱镜、四分之一波片、增益晶体Nd:YAG晶体和双折射晶体外表面(该表面作为子谐振腔2的反射镜)组成。子谐振腔1和子谐振腔2共用双折射晶体外表面作为谐振腔的腔镜，即子谐振腔1经双折射晶体外表面输出双频激光就注入了子谐振腔2。子谐振腔2长度远大于子谐振腔1，纵模间隔很小，从而保证在一个偏振方向上纵模频率对准时，另一个方向上的纵模频率也几乎对准，实现两子谐振腔互注入锁定。当实现互注入锁定时，子谐振腔2输出光即为频差稳定的双频激光。