[发明专利]一种单频高功率的可调谐短腔激光器

说明书

本发明提供一种高调频带宽的单频短腔激光器，属于激光器技术领域。本发明激光器至少包括泵浦源、传输光纤、后腔镜、增益介质和电光晶体。本发明提出将电光晶体代替传统短腔激光器谐振腔中的输出镜，来缩短谐振腔的腔长，避免了传统可调谐短腔激光器中腔长过长难以实现单模输出的缺点；同时，双侧镀有特定透过率输出膜的电光晶体本身所具有的F‑P标准具作用进一步选模，更加有利于激光器的单模输出，相比于温度调频和压电调频，可显著的提高调频带宽。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，具体涉及一种单频高功率的可调谐短腔激光器。

背景技术

波长连续可变的可调谐激光器可以在无模式跳变的情况下实现频率调制，同时，短腔激光器具有纵模间隔小的特点，可以有效的抑制边模起振，实现激光的单纵模输出。因此，可调谐的单模短腔激光器被广泛应用在相干光通信、光纤传感、引力波探测和相控阵雷达等领域。

激光器实现调频的方式主要有三种，分别是温度调频、压电调频和光电调频。传统技术中，温度调频的速度慢，响应带宽很窄，大约在1Hz的量级。如，T.J.Kane等人(ThomasJ.Kane,Alan C.Nilsson,and Robert L.Byer,Frequency stability and offsetlocking of a laser-diode-pumped Nd:YAG monolithic nonplanar ring oscillator,Opt.Lett.12,175-177(1987))提出一种Nd:YAG环形腔激光器，并对其进行了温度调频实验。该实验中使用热电冷却器(TEC)来控制整个谐振腔的温度，以此来实现温度调谐，结果显示激光器输出功率为25mW，调谐系数为-3.1GHz/℃。但是由于谐振腔温度变化较慢，所以导致频率调制速率较低，也即响应带宽较窄，仅为1～10Hz。

Thomas等人(Thomas J.Kane and Emily A.P.Cheng,Fast frequency tuningand phase locking of diode-pumped Nd:YAG ring lasers,Opt.Lett.13,970-972(1988))利用压电陶瓷对Nd:YAG环形激光器进行了调频实验。该方案中将一足够薄的压电陶瓷(0.25μm)粘贴在电光晶体之上，在该压电陶瓷两端加入15V的电压。该方案调频带宽仅为100kHz，调频系数为1MHz/V。

而要想提高激光器的调频带宽，往往需要采用电光调谐。P.A.Schulz等人(P.A.Schulz and S.R.Henion,Frequency-modulated Nd:YAG laser,Opt.Lett.16,578-580(1991))提出一中利用LiTaO₃实现电光调频的短腔Nd:YAG激光器。该方案中，增益介质厚度1mm，该增益介质靠近泵浦一侧镀有对809nm增透、对1064nm高反的双色膜，其输出镜为一曲率半径为5cm的平凹镜，谐振腔中插入一3×3×1mm的LiTaO₃，通光方向的厚度为3mm，整体腔长为8mm。为了压缩腔长，实现单模输出，该谐振腔中增益介质厚度较薄，因此，激光输出功率较低，仅为20mW，调频系数12MHz/V。I.Freitag等人(I.Freitag,I.and H.Welling,Electro-Optically Fast Tunable Miniature Diode-Pumped Nd:YAGRing Oscillator,in Advanced Solid State Lasers,A.Pinto and T.Fan,eds.,OSAProceedings Series(Optical Society of America,1993),paper LM10.)进行了Nd:YAG环形腔激光器的电光调频实验。该激光器谐振腔由两块Nd:YAG和一块处于它们中间的电光晶体LiTaO₃构成，同时LiTaO3和Nd:YAG之间插入两片电极以控制电光晶体的折射率，进而实现调频。该激光器输出效率较低，仅为6.9％，这是由于其谐振腔中增益介质被电光晶体所隔开，降低了泵浦光的吸收效率。该方案中，调频系数仅为0.15MHz/V。除此之外，该激光器采用环形结构，大大增加了结构的复杂程度。