一种矢量光场输出激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种光学技术，特别涉及一种矢量光场输出激光器。
【背景技术】
[0002]激光器是利用受激辐射原理使光在某些受激发的物质中放大或振荡发射的器件。目前常见激光产生装置有气体激光器、固体激光器、染料激光器、半导体激光器。固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为固体激光器基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理一化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。固体激光器在激光加工、光电检测、光学显微、光学微操纵、光信息存储、光谱技术、激光测量、光纤通讯、激光制导、激光医学、光通信等领域中有广泛的用途。
[0003]在先技术中，存在一种固体激光器，参见已经授权美国专利，美国专利名称:Solid-state laser，专利号:US8165182B2，授权时间:2012 年 4 月 24 日，发明人:AdolfGiesen等人。该光栗浦固体激光器具有相当的优点，但是，仍然存在一些本质不足:1)系统采用基于反射式部件的固态增益结构，同时包含有基于反射镜补偿模块，使得系统对制备工艺要求很高，制备激光器的工序复杂、难度大；2)激光器系统在反射式补偿模块设置在两反射镜内，所有器件相互位置和方位设置要求高，并且导致整个系统结构复杂，装调难度大，可靠性降低，限制了光源使用范围和应用灵活性；3)此激光器在本质上无法实现纵向偏振态光场输出。
【发明内容】
[0004]本发明是针对现有光栗浦固体激光器存在的问题，提出了一种矢量光场输出激光器，结构简单、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、可实现纵向偏振态光场输出、光束质量高。
[0005]本发明的技术方案为:一种矢量光场输出激光器，包括圆锥面光场回返元件、反射镜、机械调节部件、栗浦源，圆锥面光场回返元件为轴对称棱镜结构，前端为顶端圆锥曲面，后端为垂直于对称轴的顶端平面，在圆锥曲面和顶端平面之间为圆环形圆锥曲面，圆锥面光场回返元件沿着对称轴方向的切面剖物面为轴对称五边形，圆锥面光场回返元件的顶端圆锥曲面顶端朝向反射镜，圆锥面光场回返元件对称轴垂直于反射镜上的激光反射膜，反射镜和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，顶端圆锥曲面与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，栗浦源出射光束照射在圆锥面光场回返元件上，反射镜与机械调节部件相连接。
[0006]所述圆锥面光场回返元件的材料采用掺钕钇铝石榴石、氟化钇锂、自激活激光晶体、可调谐激光晶体中的一种。
[0007]所述反射镜上的激光反射膜在激光工作波长处的反射率大于98%。
[0008]所述栗浦源为非相干光源、半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。
[0009]本发明的有益效果在于:本发明矢量光场输出激光器，基于固体激光器工作原理，结合圆锥面光学作用和布鲁斯特角的偏振选择特性，激光谐振腔由反射镜和圆锥面光场回返元件构成；圆锥面光场回返元件为固态激光增益介质的轴对称棱镜结构，本发明装置制作工艺简单、结构简洁、便于构建；本发明中圆锥面光场回返元件的顶端圆锥曲面朝向反射镜，圆锥面光场回返元件对称轴垂直于反射镜的激光反射膜，顶端圆锥曲面与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，实现激光谐振腔内径向偏振矢量光束产生，平行光轴光场在圆环形圆锥曲面发生反射，圆锥面光场回返元件既是谐振腔反射镜又是激光工作介质，具有可靠性高、灵活性强、应用范围广等特点；本发明在光栗浦下，圆锥面光场回返元件产生受激辐射，圆锥光场回返元件的顶端平面处可实现纵向偏振态光场输出。
【附图说明】
[0010]图1为本发明矢量光场输出激光器结构示意图。
【具体实施方式】
[0011]如图1所不矢量光场输出激光器结构不意图，矢量光场输出激光器包括圆锥面光场回返元件1、反射镜2、机械调节部件3、栗浦源4 ;圆锥面光场回返元件I为固态激光增益介质的轴对称棱镜结构，前端为顶端圆锥曲面101，后端为垂直于对称轴的顶端平面103，在圆锥曲面101和顶端平面103之间为圆环形圆锥曲面102，沿着对称轴方向的外围沿其对称轴的切面剖物面为轴对称五边形；圆锥面光场回返元件I的顶端圆锥曲面101顶端朝向反射镜2，圆锥面光场回返元件I对称轴(图中点画线)垂直于反射镜2上的激光反射膜，激光谐振腔由反射镜2和圆锥面光场回返元件I构成，顶端圆锥曲面101与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角Θ ;栗浦源4出射光束照射在圆锥面光场回返元件I上，反射镜2与机械调节部件3相连接。
[0012]本实施例中，圆锥面光场回返元件I的材料采用掺钕钇铝石榴石，反射镜的反射面在激光工作波长处的反射率为99%，栗浦源4为808nm波长的激光二极管的一种，机械调节部件3采用五维调整架，系统的激光工作波长为1064nm。
[0013]本实施例的工作过程为:栗浦源4出射的808纳米波长栗浦光场折射到圆锥面光场回返元件I上，圆锥面光场回返元件I产生受激辐射；激光谐振腔由反射镜2和圆锥面光场回返元件I构成；圆锥面光场回返元件I为固态激光增益介质的轴对称棱镜结构，圆锥面光场回返元件I的顶端圆锥曲面101朝向反射镜2，圆锥面光场回返元件I对称轴垂直于反射镜2的激光反射膜，顶端圆锥曲面101与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，在光栗浦下，实现激光谐振腔内径向偏振矢量光束产生，平行光轴光场在圆环形圆锥曲面103发生反射，圆锥光场回返元件的顶端平面103处实现纵向偏振态光场5输出，反射镜2与机械调节部件3相连接，实现激光模式选择输出。反射镜2与可移动的模块相互固定，从而实现被调节。在实际调解过程中，可以调解的参数有前后、左右等位置平移调解，如选用球面反射镜时，机械调节部件可带角度调节。在实际我们实验中，进行位置平移和角度微调，可以实现激光模式调控，并且模式变化很大，可以实现从基模向高阶模式的转化，得到直角坐标系、圆柱坐标系、椭圆住坐标系中的激光光场本证模式。
[0014]本实施例在在圆锥面光场回返元件I的顶端平面103 —侧实现了 1064纳米波长的纵向偏振态光场输出。本发明具有结构简单、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、可实现纵向偏振态光场输出、光束质量高等特点。
[0015]所述圆锥面光场回返元件I的材料采用掺钕钇铝石榴石、氟化钇锂、自激活激光晶体、可调谐激光晶体中的一种。
[0016]所述反射镜2上的激光反射膜在激光工作波长处的反射率大于98%。
[0017]所述栗浦源4为非相干光源、半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。
[0018]本发明中固体激光器工作原理和技术、布鲁斯特角作用原理、圆锥面光学工作面加工技术、光栗浦、矢量光场聚焦性质均为成熟技术。本发明的发明点在于基于固体激光器和圆锥面光学作用原理，结合布鲁斯特角的偏振选择特性，构建圆锥面光场回返元件作为有源谐振腔腔镜，利用布鲁斯特角实现偏振态选择，实现腔内径向偏振矢量光束产生，基于圆环形圆锥曲面实现腔内径向偏振矢量光束强聚焦，实现纵向偏振态光场输出。
【主权项】
1.一种矢量光场输出激光器，其特征在于，包括圆锥面光场回返元件、反射镜、机械调节部件、栗浦源，圆锥面光场回返元件为轴对称棱镜结构，前端为顶端圆锥曲面，后端为垂直于对称轴的顶端平面，在圆锥曲面和顶端平面之间为圆环形圆锥曲面，圆锥面光场回返元件沿着对称轴方向的切面剖物面为轴对称五边形，圆锥面光场回返元件的顶端圆锥曲面顶端朝向反射镜，圆锥面光场回返元件对称轴垂直于反射镜上的激光反射膜，反射镜和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，顶端圆锥曲面与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，栗浦源出射光束照射在圆锥面光场回返元件上，反射镜与机械调节部件相连接。2.根据权利要求1所述矢量光场输出激光器，其特征在于，所述圆锥面光场回返元件的材料采用掺钕钇铝石榴石、氟化钇锂、自激活激光晶体、可调谐激光晶体中的一种。3.根据权利要求1所述矢量光场输出激光器，其特征在于，所述反射镜上的激光反射膜在激光工作波长处的反射率大于98%。4.根据权利要求1所述矢量光场输出激光器，其特征在于，所述栗浦源为非相干光源、半导体激光器、气体激光器、固态激光器、激光二极管中的一种。
【专利摘要】本发明涉及一种矢量光场输出激光器，包括圆锥面光场回返元件、带机械调节的反射镜、泵浦源，圆锥面光场回返元件为轴对称棱镜结构，前端为顶端圆锥曲面，后端为垂直于对称轴的顶端平面，在圆锥曲面和顶端平面之间为圆环形圆锥曲面，圆锥面光场回返元件沿着对称轴方向的切面剖物面为轴对称五边形，顶端圆锥曲面顶端朝向反射镜，圆锥面光场回返元件对称轴垂直于反射镜上的激光反射膜，反射镜和圆锥面光场回返元件构成激光谐振腔，顶端圆锥曲面与对称轴的夹角为激光工作波长的布鲁斯特角，泵浦源出射光束照射在圆锥面光场回返元件上。本发明结构简单、便于构建、可靠性高、灵活性强、应用范围广、可实现纵向偏振态光场输出、光束质量高。
【IPC分类】H01S3/081, H01S3/105
【公开号】CN105024264
【申请号】CN201510392992
【发明人】蓝景恒, 高秀敏, 张大伟, 王 琦, 庄松林
【申请人】上海理工大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月7日