专利名称：一种环形谐振腔激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种环形光路中两个方向的损耗不同， 实现环形谐振腔单向输出的单块环形谐振腔激光器。
背景技术：
传统的在激光谐振腔结构中，环形谐振腔是一种非常有效的产生单纵模激 光的谐振腔结构。由于结构比普通两片腔镜式谐振腔复杂，所以如何减少腔镜是环形谐振腔设计要考虑一个主要因素。如专利申请号为200710009481公开了 一种单块式的环形谐振腔激光器。该激光器包括磁光材料、激光增益介质或光 学棱镜或倍频晶体、偏振相关膜或光学晶体元件，设在永磁体的磁场H中，其 中激光增益介质或光学棱镜或倍频晶体设有两个光的斜反射面，其底面平行^兹 光材料光的入射面，偏振膜或光学晶体元件设置在^兹光材料与增益介质或光学 棱镜或倍频晶体组成的环形光路上，采用这种结构，利用偏振膜或光学晶体改 变光的偏振方向或将两个偏振方向的光分裂开，对其中一个传播方向的光进行 偏振损耗，从而实现激光的光路在一个平面内的环形。发明内容本发明主要是提供另 一种环形谐振腔。利用双折射晶体楔角片使一束光分 裂为o光和e光产生一个夹角的特点设计一个结构简单的环形谐振腔激光器。为达成上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括LD泵浦光源、准直器聚焦系统和环形谐^振腔，更主要的环形 谐振腔包括激光增益介质、双折射晶体光学元件、波片、法拉第旋转片、腔镜； 法拉第旋转片设置在^ 兹场中；光经过双折射晶体光学元件分裂为有一定张角两 束光，再经过双折射晶体光学元件后变为会聚光，在腔镜上会合构成环形光路； 双折射晶体与设在环形光路内波片、法拉第旋转片共同构成单向器，实现环形 谐振腔单向输出。进一步的，所述的双折射晶体光学元件可以为双折射晶体楔角片或双折射 晶体楔角片对或双折射晶体棱镜或光学棱镜。进一步的，所述的磁场可由永磁体或电磁体提供。进一步的，可以在所述环形谐振腔中设置非线性光学倍频晶体实现倍频光输出。倍频光输出可釆用Type I类和Type II类和非临界相位倍频方式，其中 采用II类相位匹配时，倍频晶体光轴与分束双折射晶体光轴在通光方向相互平 行或垂直，不会产生波片效应影响激光谐振腔工作。所述的各光学元件可以通过光腔，深化光胶，胶合粘结在一起，形成半整 体型激光器。本发明的一个重要特点就是采用Type II型倍频晶体形成环形谐振腔腔内 倍频激光器，它可以o光与e光在环形激光谐振腔的一端的倍频晶体中重合， 同时二类倍频晶体光轴与双折射晶体光轴平行或垂直而不会产生波片效应影响 环形谐振腔的工作，从而防止普通环形谐振腔中II类倍频晶体很难应用缺点。 当然，本发明亦可采用Type I类或非临界相位匹配晶体用于倍频。 本发明的方法可用于产生基波，倍频输出的单纵;漠环形谐振腔激光器。 本发明采用利用双折射晶体楔角片使一束光分裂为o光和e光产生一个夹 角的特点设计一个结构简单的环形谐振腔激光器，通过光胶，深化光胶或胶合 粘结成一个整体。因此，其结构合理简单、体积小，易于大批量生产。
图l是本发明环形谐振腔的第一实施例之结构示意图； 图2是本发明环形谐振腔的第二实施例之结构示意图； 图3是本发明环形谐振腔的第三实施例之结构示意图； 图4是本发明环形谐振腔的第四实施例之结构示意图； 图5是本发明环形谐振腔的第五实施例之结构示意图； 图6是本发明环形谐振腔的第六实施例之结构示意图； 图7是本发明环形谐振腔的第七实施例之结构示意图； 图8是本发明环形谐振腔的第八实施例之结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。 结合图1，说明本发明的环形谐振腔工作原理泵浦光由A点输入，在激光增益介质102产生的激光进入双折射晶体楔角 片104后o光和e光重合，在C点出射后分裂为两束光，经过双折射晶体楔角 片105后变在会聚光，在输出腔镜108的F点会合而形成环形光路。双折射晶 体楔角片104和105若为同一种材料，则两片楔角片104和105的楔角须满足 ei<02才可以实现o光和e光通过双折射晶体楔角片105后能相交于F点。当光路沿环形光路B —C —D —E —F —G —H —C —B —A —B传播时，从B点出发的光偏振方向为垂直纸面方向，在双折射晶体楔角片104内传播时为o光， 在C点折射后经过双折射晶体楔角片105在E点偏振方向不变，经过由法拉第 旋转片106偏振方向旋转45。，与1/2波片107的光轴夹角为22. 5° ,经过与 1/2波片107后再旋转45。，偏振方向变为沿纸面方向；经过腔镜108反射后 到达G点，经过双折射晶体楔角片105的折射后重新回到C点，在C点时光偏 振方向仍为沿纸面方向，C点折射时相对双折射晶体楔角片104为e光，进入双 折射晶体楔角片104后光线与从B点到C点的出射光重合；由于1/4波片101 的光轴方向在通光方向与双折射晶体光轴夹角为45° ，所以光线通过B点在A 点反射后再回到B点后，光的偏振方向旋转90。，偏振方向重新变为垂直纸面 方向，完成环路，整个光游4员耗很小，从而形成谐振。而当光路沿环形光路B —C —H —G — F —E —D —C —B — A —B传播时，从B点 出发的光偏振方向为沿纸面方向，经过双折射晶体楔角片104和105的折射， 在输出腔镜108的F点反射后偏振方向不变，经过与1/2波片107组件后旋转 45。，由于法拉第旋转片106的不可逆性，再经过法拉第旋转片106后，偏振 方向反方向旋转45。，光的偏振方向重新变为沿纸面方向，在C点折射时仍为 e光，折射光线不能与从B点到C点的出射光重合，光路会产生损耗，不能形成 谐振。从而实现环形光路单向谐振输出。本发明包括LD泵浦光源、准直器聚焦系统和环形谐振腔，更主要的环形 谐振腔包括激光增益介质、双折射晶体光学元件、波片、法拉第旋转片、腔镜； 法拉第旋转片设置在磁场中；光经过双折射晶体光学元件分裂为有一定张角两 束光，再经过双折射晶体光学元件后变为会聚光，在腔镜上会合构成环形光路； 双折射晶体与设在环形光路内波片、法拉第旋转片共同构成单向器，实现环形 谐振腔单向输出。进一步的，所述的磁场可由永磁体或电磁体提供。进一步的，所述的双折射晶体光学元件可以为双折射晶体楔角片或双折射 晶体楔角片对或双折射晶体棱镜或光学棱镜。现根据采用不同的双折射晶体光学元件的不同情况设计不同的环形谐振腔 结构。如图1-8所示的环形谐振腔结构示意图为本发明的环形谐振腔的八个实 施例的结构示意图。实施例l:参照图1所示，本发明环形谐振腔激光器包括l/4波片101,激 光增益介质102,非线性光学倍频晶体103,两片双折射晶体楔角片104和105, 法拉第旋转片106, 1/2波片107,激光输出腔镜108。 1/4波片IOI的光轴方向 在通光方向与双折射晶体光轴夹角为45° , 1/4波片101的Sl面镀有激光波长高反射和泵浦光波长增透膜，两片双折射晶体楔角片104和105的作用是将光 束分裂为o光和e光，最好选用o光和e光折射率相差较大的材料，如YV04晶 体；非线性光学倍频晶体103可以根据需要选用或不用，法拉第旋转片106设 在磁场H中，光在其中传播时偏振方向会旋转约45° ; 1/2波片107的光轴在 通光方向与双折射晶体光轴夹角约为22. 5°的光轴方向；输出腔镜108的S2面 镀有激光波长反射率约为95%的高反射膜，或要倍频输出，则要镀有反射率大于 98%的高反射膜。实施例2:参照图2所示，此结构与图l相比，只是让图1中的从双折射晶 体楔角片104出来的o光直接通过法拉第旋转片106和1/2波片107而不经过 双折射晶体楔角片105 e光通过双折射晶体楔角片105之后向o光方向偏折后 同样能够与o光在F点会合形成环形光路。实施例3:参照图3所示，图1中的双折射晶体楔角片105还可以换为图3 中的双折射晶体楔角片对105，其中图3中的双折射晶体楔角片对105由两片双 折射晶体楔角片105a和105b组合而成。都有可以改变从双折射晶体楔角片104 出来的o光和e光的传播方向，变为会聚光，都能在腔镜的F点会合而形成环 形光路，都可以实现环形光路单向谐振输出。实施例4:参照图4所示，将图3中的双折射晶体楔角片对105替代为图4 中的光学棱镜105,其余与图3—样，不再赘述。实施例5:参照图5所示，此结构与图l相比，只是将图1中的双折射晶体 楔角片104换为图5中的双折射晶体楔角片对104，双折射晶体楔角片对104由 两片双折射晶体楔角片104a和104b组合而成。从激光增益介质102出来的光 经过双折射晶体楔角片对104之后也能分裂为o光和e光两束光，并且相应的o 光和e光同样也可以通过双折射晶体楔角片105之后在F点会合而形成环形光 路。实施例6:参照图6所示，图1中的双折射晶体楔角片104还可换为图6中 的双折射walk-off晶体104光经过双折射walk-off晶体透射或双折射晶体棱 镜反射后也能分裂为o光和e光两束光，再经过双折射晶体楔角片105之后也 能在F点会合而形成环形光路，都能够实现环形光路单向谐振输出。实施例7:参照图7所示，图6中的双折射walk-off晶体104替换为图7 中的双折射晶体棱镜104,其余与图6—样，不再赘述。实施例8:参照图8所示，此结构与图1相比，只是将图1中的1/2波片 107换为图8中的1/4波片107，同时将l/4波片107设置在腔镜108附近，让 光两次通过l/4波片107，这样l/4波片107能够起到和1/2波片相同的作用。光路同样能够实现环形光路单向谐振输出。同时，图2、 3、 4、 5中的l/2波片 107换为1/4波片，同样也让光两次通过1/4波片就可以起到和1/2波片一样的 作用，光路同样能够实现环形光路单向谐振输出。另外特别说明的，本发明的环形谐振腔不单单限制为上述8种实施例方式。 如实施例1-5中的104、 105组件都可以相互替换，都能够形成环形光路，都能 够实现环形光路单向谐振输出。凡符合本发明的设计思维的环形谐振腔结构均 在本发明的保护范围。综上所述，本专利采用 一片或一片以上双折射晶体楔角片或双折射晶体棱 镜将光分裂为o光与e光；再与另一片双折射晶体楔角片或双折射晶体楔角片 对或光学楔角片或光学屋脊型棱镜等将两束有一定张角的光束调整为会聚光， 而再在激光腔镜上反射形成环形光路，其它光学元件如波片、法拉第旋光片等 可设置在光路路中，共同构成环形谐振腔。进一步的，可以在所述环形谐振腔中设置非线性光学倍频晶体实现倍频光 输出。倍频光输出可釆用Type I类和Type II类和非临界相位倍频方式，其中 采用II类相位匹配时，倍频晶体光轴与分束双折射晶体光轴在通光方向相互平 行或垂直，不会产生波片效应影响激光谐振腔工作。从而防止普通环形谐振腔中 II类倍频晶体很难应用缺点。当然的，本发明亦可采用Type I类或非临界相位匹配晶体用于倍频。上述的各光学元件可以通过光腔，深化光胶，胶合粘结在一起，以减少调 节元件。如在图1中可将1/4波片，激光增益介质，倍频晶体，晶体楔角片或 棱镜通过深化光胶在一起，再切割成微片，以减少成本，增加散热，减少可调 节光学元件。本发明可运用于产生基波，倍频输出的单纵模制成环形谐振腔激光器。
权利要求
1. 一种环形谐振腔激光器，包括LD泵浦光源、准直器聚焦系统和环行谐振腔，其特征在于环行谐振腔包括激光增益介质、双折射晶体光学元件、波片、法拉第旋转片、腔镜；法拉第旋转片设置在磁场中；光经过双折射晶体光学元件分裂为有一定张角两束光，再经过双折射晶体光学元件后变为会聚光，在腔镜上会合构成环形光路；双折射晶体与设在环形光路内波片、法拉第旋转片共同构成单向器，实现环形谐振腔单向输出。
2、 如权利要求1所述的一种环形谐振腔激光器，其特征在于所述的双折 射晶体光学元件可以为双折射晶体楔角片或双折射晶体楔角片对或双折射晶体棱镜或光学棱镜。
3、 如权利要求1所述的一种环形谐振腔激光器，其特征在于所述的磁场 可由永磁体或电i兹体提供。
4、 如权利要求1所述的一种环形谐振腔激光器，其特征在于可以在所述 环形谐振腔中设置非线性光学倍频晶体实现倍频光输出。
5、 如权利要求4所述的一种环形谐振腔激光器，其特征在于所述的倍频 光输出可采用Type I类和Type II类和非临界相位倍频方式，其中采用II类 相位匹配时，倍频晶体光轴与分束双折射晶体光轴在通光方向相互平行或垂直， 不会产生波片效应影响激光谐振腔工作。
6、 如权利要求1-5所述的一种环形谐振腔激光器，其特征在于光学元件 可以通过光胶或深化光胶或胶合的方式粘结在一起，形成半整体型激光器。
全文摘要
一种环形谐振腔激光器，涉及激光器领域，尤指一种环形光路中两个方向的损耗不同，实现环形谐振腔单向输出的单块环形谐振腔激光器。本发明采用一片或一片以上双折射晶体光学元件与另一片双折射晶体光学元件配合，设置在磁场中法拉第旋转片与1/2波或1/4波片配对，加上激光增益介质，一片1/4波片，一片腔镜构成环形激光谐振腔，环形激光谐振腔中还可以设置非线性光学倍频晶体实现倍频输出。双折射晶体与设在环形光路内波片、法拉第旋转片共同构成单向器，实现环形谐振腔单向输出。利用非线性光学倍频晶体可以实现倍频光输出。本发明结构合理简单、体积小，易于大批量生产且解决了普通环形谐振腔中II类倍频晶体很难应用的缺点。
文档编号H01S3/083GK101299508SQ200810098609
公开日2008年11月5日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年5月30日
发明者凌吉武, 砺 吴, 彭永进, 杨建阳, 磊 郭, 陈卫民 申请人:福州高意通讯有限公司