[发明专利]一种调谐厄米-高斯模态的激光器装置及方法

说明书

本发明公开了一种调谐厄米‑高斯模态的激光器装置及方法，包括激光二极管泵浦源，泵浦光耦合光学系统，白光LED，白光光学耦合系统，合束镜，激光全反射镜，激光晶体，输出耦合镜，激光全反射镜为平面镜，输出耦合镜为具有一定曲率半径的球面镜，二者构成激光谐振腔。白光LED的功率可调，聚焦后的白光分布要与聚焦后的泵浦光分布保持完全一致，空间上须完全重叠；模态调谐时，首先使泵浦光及白光的横向位置处于离轴状态，此时激光器输出某一阶数的厄米‑高斯模态，增加白光LED功率，热透镜焦距变小，离轴量减小，模态阶数下降；减小白光LED功率，热透镜焦距增大，离轴量增加，模态阶数上升，从而实现厄米‑高斯模态的调谐。

技术领域

本发明涉及固体激光技术领域，具体涉及一种调谐厄米-高斯模态的激光器装置及方法。

背景技术

作为一种特殊光束，厄米-高斯光束在光通信、粒子加速、涡旋光束产生等领域有重要的应用需求。在固体激光器采用端面离轴泵浦的方式，可以产生高功率、高质量的厄米-高斯光束。即在二极管端面泵浦固体激光器中，使泵浦光在横向上发生位移，即使得泵浦光与谐振腔的光轴发生偏移，从而作用于谐振腔的高阶-厄米高斯模式，即从而使激光器输出厄米-高斯光束。实际中，希望获得尽可能多的厄米-高斯模态，且可以对模态进行调谐控制。在离轴泵浦固体激光器中，离轴量不同时，泵浦光就会作用于不同的厄米-高斯模态。因此最基本的方法是可以通过调整离轴量来实现模态的调谐。目前常用的调节离轴量的方法是通过手动或电动位移台，使泵浦光在横向上进行位置移动。但这种调节泵浦光位置的方法速度比较慢，无法实现对模态的快速调谐，而且由于存在机械误差，调节的精度很低，对模态调谐的重复性较差，不能满足实际中对激光器模态调谐的要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种调谐厄米-高斯模态的激光器装置及方法。这种方法中泵浦光的位置保持不动，而是利用热透镜效应使得谐振腔的光轴发生移动，从而使得离轴量发生改变，实现模态的调谐。这种方法可以实现对模态的快速调谐，调谐精度高、重复性好，系统无机械运动部件，可靠性高。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种调谐厄米-高斯模态的激光器装置，包括：激光二极管泵浦源，泵浦光耦合光学系统，白光LED，白光光学耦合系统，合束镜，激光全反射镜，激光晶体，输出耦合镜，所述激光全反射镜为平面镜，所述输出耦合镜为具有一定曲率半径的球面镜，二者构成激光谐振腔；

激光二极管泵浦源发出的泵浦光进入泵浦光耦合光学系统进行聚焦，保持泵浦功率不变，白光LED发射的白光光束经白光光学耦合系统进行聚焦，白光LED的功率可调，两聚焦光束经合束镜合为空间上完全重叠的光束，然后进入激光晶体，对激光晶体进行端面泵浦，聚焦后的白光分布要与聚焦后的泵浦光分布保持完全一致，且经合束镜合束后二者在空间上必须完全重叠，以保证白光在激光晶体中产生的热透镜的位置与泵浦光产生的热透镜的位置完全重合，泵浦光实现泵浦作用，白光实现对热透镜焦距的调节；

为了产生厄米-高斯模态并后续进行模态调谐，初始状态下泵浦光的横向位置处于离轴状态，即泵浦光在横向上与谐振腔的光轴存在一定的位移，且该位移在后续模态调谐过程中保持不变，经合束镜合束后，白光须和泵浦光保持空间上的完全重叠。

进一步地，所述激光晶体为激光增益介质。

一种调谐厄米-高斯模态的激光器装置的方法，包括上述的调谐厄米-高斯模态的激光器装置，所述调谐厄米-高斯模态的激光器装置的方法具体包括：

步骤1，构建厄米-高斯模态的激光器装置；

步骤2，泵浦光在端面对激光晶体进行泵浦，且泵浦光位置具有一较大的离轴量，并保证聚焦后的白光与泵浦光重合，激光器装置输出某个高阶的厄米-高斯模态，记为HG_N,0；