[发明专利]一种高纯度高偏振消光比的单频激光器

说明书

本发明提供一种高纯度高偏振消光比的单频激光器，包括沿光路依次串联的单频种子源、单频放大器和波导倍频模块；所述单频种子源用于提供单频种子激光；所述单频放大器用于对单频种子激光进行功率放大以输出单频基频激光；所述波导倍频模块包括沿光路传播方向依次设置的波导芯片、第一分色单元、滤光单元和偏振态提纯单元；所述波导芯片用于对单频基频激光进行倍频，得到二倍频激光；所述第一分色模块用于滤除二倍频激光中残余的单频基频激光；所述滤光模块用于滤除二倍频激光中生成的三倍频激光；所述偏振态提纯单元用于对二倍频激光的P偏振光提纯输出。本发明的激光器可输出高纯度高偏振消光比的单频激光。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，更具体地，涉及一种高纯度高偏振消光比的单频激光器。

背景技术

780nm单频激光器是实现铷原子冷却及操控的核心光源，广泛应用于量子频标、量子精密测量、冷原子物理等研究领域。目前，实现瓦级780nm单频激光输出的技术体制主要包括三种：1)钛蓝宝石固体激光器(Titanium-Sapphire Laser，简称Ti:Sa Laser)；2)外腔半导体激光器+锥形半导体放大器(External Cavity Diode Laser+Tapered Amplifier，简称ECDL+TA)；3)采用1560nm激光倍频技术的光纤激光器。对比上述三种技术体制的780nm单频激光器，可以发现Ti:Sa激光器需要采用532nm绿光激光器作为泵浦源，成本高，可靠性差，腔体光路需要准直和洁净环境；ECDL+TA体制输出的激光光束质量差，功率稳定性较低，也需要光路准直和洁净环境。而采用1560nm激光倍频技术的光纤激光器，由于可以采用全光纤技术体制，可靠性高、光束质量好、功率稳定性高，虽然在波长可调谐性和输出功率方面略差，但是仍可满足量子频标、量子精密测量、冷原子物理等领域的应用需求，而且功率方面具有较大的增长潜力。综上所述，从工程应用的角度来看，采用1560nm光纤激光倍频技术是获取高可靠、高性价比780nm单频激光输出的有效途径。

现有基于1560nm光纤激光直接倍频产生780nm单频激光的原理框图，如图1所示，采用1560nm单频种子源、单频激光放大器和光纤耦合输入输出的倍频模块串联，倍频模块中，在倍频晶体两端分别串联光纤准直器，倍频晶体主要包括两种：周期极化铌酸锂块状晶体和周期极化铌酸锂波导芯片。周期极化铌酸锂块状晶体，其优点为功率损伤阈值高、输出功率潜力大等，其缺点为体积大、倍频效率低；而周期极化铌酸锂波导芯片，其优点为体积小、倍频效率高、易于系统集成、可靠性高，缺点为端面功率损伤阈值偏低、输出功率存在上限、易于激发三倍频。这主要是因为周期极化铌酸锂波导芯片的模场直径为几微米量级，将数瓦的连续1560nm波段激光耦合进入后，产生的功率密度非常高，一方面容易在端面产生功率损伤，另一方面容易激发三倍频。此外，现有光纤耦合输出的倍频模块普遍存在偏振消光比不高的问题，一般不大于20dB，这主要因为现有的倍频模块，直接将周期极化铌酸锂波导芯片产生的倍频光耦合进入光纤准直器输出，没有进行偏振态控制与提纯处理。

因此，有必要设计一种高纯度高偏振消光比的单频激光实现方法。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高纯度高偏振消光比的单频激光器，以得到高纯度高消光比的单频激光。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高纯度高偏振消光比的单频激光器，包括沿光路依次串联的单频种子源、单频放大器和波导倍频模块；所述单频种子源用于提供单频种子激光；所述单频放大器用于对单频种子激光进行功率放大以输出单频基频激光；所述波导倍频模块包括沿光路传播方向依次设置的波导芯片、第一分色单元、滤光单元和偏振态提纯单元；

所述波导芯片用于对单频基频激光进行倍频，得到二倍频激光；

所述第一分色模块用于滤除二倍频激光中残余的单频基频激光；

所述滤光模块用于滤除二倍频激光中生成的三倍频激光；