一种基于外腔结构的双波长可调谐激光装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于外腔结构的双波长激光的实现方法和激光器，色散元件置于 与主腔隔离的外腔中。
【背景技术】
[0002] 双波长激光器是在一个激光器中同时实现两个波长的激光输出的激光器，在差频 THz源，精细激光光谱、差分吸收激光雷达等领域有着广阔的应用前景。
[0003] 传统的双波长激光器是通过谐振腔的镀膜设计进行选频，实现两个波长的同时振 荡，这样的方法难以实现对谐振波长的调谐。或者将色散元件，如棱镜，置于谐振腔内，将 两个波长的光路分开。但是色散元件具有一定的插入损耗，影响了激光器的效率和调谐范 围。于是一些双波长激光器采用了外腔结构，将色散元件置于与主腔隔离的外腔中以降 低调谐元件插入损耗的影响。2010年46卷的《IEEEJournalofQuantumElectronics》 ^Dual-WavelengthCr3+:LiCaAlF6solid_statelaserwithtunableTHzfrequency difference"中公开了一种外腔结构的双波长激光器，可以实现双波长的调谐，两个波长 的调谐范围均为786±6nm。激光器的结构较为复杂：其主谐振腔结构为V型腔，比线型腔 多一个折叠臂，光路调节复杂；同时其对两个波长的激光都要进行整形扩束，因而有两组 整形扩束装置，增加了系统应用的难度，
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种基于外腔调谐结构的双波长激光器结构， 主谐振腔为线型腔，可以实现双波长激光的同时振荡和可调谐。具有结构紧凑，成本低，调 谐范围大等优点。
[0005] 为实现上述目标，本发明的基本构思是：
[0006] -种基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，包括输出腔镜、反射腔镜和设置在 输出腔镜和反射腔镜之间的增益介质，所述的输出腔镜对激光输出波段半透射半反射，所 述的反射腔镜对激光全反射，在输出腔镜的输出光路上设置有色散元件，在所述色散元件 两个不同衍射波长的光路上设置有第一转镜和第二转镜，所述的第一转镜和第二转镜均对 激光输出波段半透射半反射，其中反射光经色散元件反馈至所述的增益介质，并在谐振腔 内形成双波长激光振荡后分别沿第一转镜和第二转镜透射，所述的第一转镜和第二转镜通 过角度旋转，实现输出波长的调谐。
[0007] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，输出腔镜和色散元件之间设置有 光束整形单元，对入射至色散元件的光束进行扩束准直。
[0008] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，光束整形单元包括沿光束依次设 置的准直透镜和变形棱镜组。
[0009] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，色散元件为光栅或棱镜，增益介 质为激光晶体，反射腔镜为镀制在增益介质端面的反射膜；输出腔镜、第一转镜和第二转镜 对激光输出波段的透射反射比分别为5:95、10:90和10:90。
[0010] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，增益介质为Cr:LiSAF晶体，调谐 范围为 800-1000nm。
[0011] -种基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，包括输出腔镜、反馈腔镜和设置在 输出腔镜和反馈腔镜之间的增益介质，所述的输出腔镜和反馈腔镜对激光波段半透射半反 射，在反馈腔镜的输出光路上设置有色散元件，在所述色散元件两个不同衍射波长的光路 上设置有第一转镜和第二转镜，所述的第一转镜和第二转镜均对激光波段全反射，反射光 经色散元件反馈至所述的增益介质，并在谐振腔内形成双波长激光振荡后沿输出腔镜输 出；所述的第一转镜和第二转镜通过角度旋转，实现输出波长的调谐。
[0012] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，反馈腔镜和色散元件之间设置有 光束整形单元，对入射至色散元件的光束进行扩束准直。
[0013] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，光束整形单元包括沿光束依次设 置的准直透镜和变形棱镜组。
[0014] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，色散元件为光栅或棱镜，所述的 输出腔镜对激光波段的透射反射比分别为5:95,所述的反馈腔镜对激光波段全反射。
[0015] 上述基于外腔结构的双波长可调谐激光装置中，增益介质为Cr:LiSAF晶体，调谐 范围为 800-1000nm。
[0016] 本发明具有的有益技术效果如下：
[0017] 1、本发明在线性主谐振腔的基础上增加了外腔调谐单元，实现了波长激光的同时 振荡和调谐，具有结构紧凑，成本低，调谐范围大等优点。
[0018] 2、本发明利用光栅或棱镜等色散元件实现对主谐振腔的反馈，并通过合理的腔镜 组合和膜系设计，实现了谐振腔对双波长的振荡和激光输出，简化了整体结构。
[0019] 3、本发明提出两种结构的双波长可调谐激光装置，一种为双波长分束输出，另一 种为双波长合束而出，满足了不同的应用要求。
[0020] 4、本发明通过改变转镜的反射角度改变了色散单元的反馈光角度，进而改变了反 馈至增益介质的波长参数，实现了激光的调谐，同时采用双转镜分别调谐，降低了调谐的难 度。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明基于棱镜的双光束输出、双波长可调谐激光装置的基本原理及组 成；
[0022] 图2为本发明基于光栅的双光束输出、双波长可调谐激光装置的基本原理及组 成；
[0023] 图3为本发明基于棱镜的双光束输出、双波长可调谐激光装置的第二种实施例；
[0024] 图4为本发明基于棱镜的双光束输出、双波长可调谐激光装置的第三种实施例；
[0025] 图5为本发明基于棱镜的单光束输出、双波长可调谐激光装置的基本原理及组 成；
[0026] 图6为光束整形单元的原理示意图。
[0027] 其中：1 一反射腔镜；2-增益介质；3-输出腔镜；4一光束整形单元；5-色散元 件；6-第一转镜；7-第二转镜；9一反馈腔镜；11 一准直透镜，12-变形棱镜组，21-栗浦 光束；22-输出光束。
【具体实施方式】
[0028] 本发明给出了两种形式的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，一种是双光束 输出，另一种是单光束输出。
[0029] 如图1所示，双光束输出的双波长可调谐激光装置包括输出腔镜3、反射腔镜1和 设置在输出腔镜3和反射腔镜1之间的增益介质2,输出腔镜3对激光波段半透射半反射， 反射腔镜1对激光全反射，形成线性激光谐振腔。在输出腔镜3的输出光路上设置有色散 元件5,在色散元件5两个不同衍射波长的光路上设置有第一转镜6和第二转镜7,第一转 镜6和第二转镜7均对激光波段半透射半反射，其中反射光经色散元件5沿入射光路原路 返回至激光谐振腔，实现对振荡波长的调控，输出光再沿第一转镜6和第二转镜7透射而 出，形成双波长双光束输出。通过对第一转镜6和第二转镜7的角度旋转，实现不同波长的 反馈，从而实现输出波长的调谐。其中色散元件5为棱镜，21为栗浦光束，22为输出光束。
[0030] 图2至图4是图1的几种变形方式。图2中色散元件5改为光栅，第一转镜6和 第二转镜7则布置在最大级衍射光束上并错开一定的角度。图3中在激光晶体的左端面进 行镀膜代替图1和图2中的左腔镜，从而形成激光谐振腔。图4与图1至图3的主要区别 在于栗浦方式上，图1至图3采用的是左端面栗浦，图4采用的是右端面栗浦，这些均是栗 浦方式的常规选择。
[0031] 图5为单光束输出的双波长可调谐激光器，主要包括输出腔镜1、反馈腔镜9和设 置在输出腔镜1和反馈腔镜9之间的增益介质2