激光线宽压缩模块及窄线宽激光器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种激光谐振腔的线宽压窄模块。该模块为一集成光学器件，其中棱镜状本体的两个侧面分别构成入射面和反射面，反射面为反射型闪耀光栅，可以解决低增益激光器中由于光学系统复杂、光学元件表面损耗带来的出光困难难题，并且该模块光学集成度高，调节以及使用简单。该模块具有良好的波长选择特性，和较好的抗损伤阈值。用该模块搭建的激光谐振腔，光学元件少，抗干扰能力强，可用于环境复杂的场合。
【专利说明】激光线宽压缩模块及窄线宽激光器
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光【技术领域】，特别是一种用于激光线宽压缩和选线的光学元件，本 发明公开的线宽压缩元件集成度高，调节简单，易于使用，高度的集成特性，使得该元件特 别适用于环境复杂，对谐振腔稳定度要求高的场合。
【背景技术】
[0002] 激光器的线宽是指激光器输出的光谱的带宽，通常采用光谱峰值的半高宽度为激 光线宽。线宽压缩的目的是获得高的激光谱功率密度。现有激光器中的线宽压缩模块多采 用光栅和其他光学器件的组合，基本压缩原理主要是色散原理。但由于采用了分立的光学 元件，增加了光学系统的复杂度和调节难度，降低了激光器系统的抗外界干扰性能，限制了 激光器系统的环境适用性。
【发明内容】
[0003] 本发明将多个光学元件集成为一体，成为一个单一的独立的光学元件，简化了激 光器光学系统，增强了激光器环境适用性。本发明提供一种激光谐振腔的线宽压缩模块，可 W解决低增益激光器由于光学系统复杂、光学元件表面损耗带来的出光困难难题，并且该 模块光学集成度高，调节、使用简单。用该模块搭建的激光谐振腔，光学元件少，抗干扰能力 强，可用于环境复杂的场合。
[0004] 本发明技术方案如下：
[0005] 一种激光线宽压缩模块，包括对该激光波长高透射的棱镜状本体，所述的棱镜状 本体的两个侧面分别构成入射面和反射面，所述的反射面为反射型闪耀光栅，从入射面入 射的激光经棱镜状本体折射后入射至反射型闪耀光栅后，反射型闪耀光栅的1级衍射光沿 入射激光原路返回。
[0006] 上述激光线宽压缩模块中，所述的入射面和反射面构成的顶角0满足 0二arcsin(^^) + arcsin(^)，其中0 1。为激光入射至入射面的入射角，n为棱镜状本体 n 2nd 的介质折射率，d为光栅周期，A为激光波长
[0007] 上述激光线宽压缩模块中，在入射面上锻有对该波长激光的增透膜。
[000引上述激光线宽压缩模块中，所述的棱镜状本体采用石英、K9或CaFs玻璃制成。
[0009] 上述激光线宽压缩模块中，所述的反射面采用胶合的方法粘贴在棱镜状本体上， 或者在棱镜本体上直接刻画出周期形貌。
[0010] 一种利用上述激光线宽压缩模块构成的窄线宽激光器，激光器增益介质的一端设 置有半透半反射的输出镜，增益介质的另一端设置有激光线宽压缩模块。
[0011] 上述窄线宽激光器中，在输出镜和增益介质之间设置有光阔。
[0012] 一种利用上述激光线宽压缩模块构成的窄线宽激光器，激光器增益介质的一端设 置有全反射腔镜，增益介质的另一端设置有激光线宽压缩模块，所述的激光由反射型闪耀 光栅的0级方向出射。
[0013] 上述窄线宽激光器中，在全反射腔镜和增益介质之间设置有光阔。
[0014] 本发明具有的技术效果如下：
[0015] 1、本发明简化了线宽压窄模块，减少了实际光学元件的数目，调节简单，使用方 便，抗外界干扰能力腔，减小了每个光学元件表面反射带来的损耗，特别适用于搭建低增益 且具有选线功能的激光谐振腔。同时本发明具有棱镜和光栅的双重色散特性，可用于搭建 色散效率较高的色散腔。
[0016] 2、本发明特殊的顶角设计可W使得工作波长的光沿入射光路返回，具有光学反馈 功能。将激光线宽压缩模块应用到激光器增益介质反馈中，可具备选线和光学反馈双重功 能。
[0017] 3、本发明利用衍射光栅不同衍射级分别作为激光器的输出端和反馈端，可大大优 化激光器的结构，提高光栅衍射光的利用效率。此结构利用光栅0级衍射光输出，使得激光 器的半反射腔镜变成了全反射镜，可W减小激光器谐振腔的光学损耗，降低激光器振荡阔 值，提高激光输出能量。
[001引 4、本发明采用斜入射方式，光束宽度变宽，增大了入射至器件的入射面积，可W降 低入射至工作面的光功率密度，延长器件使用寿命。
[0019] 5、本发明采用布儒斯特角入射方式，可W提高激光器的偏振度，也可W降低谐振 腔的光学损耗；同时入射面采用增透膜方式，减少谐振腔的光学插入损耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0020] 图1为本发明整体式线宽压缩模块的结构及原理示意图；
[0021] 图2为本发明胶合式线宽压缩模块的结构及原理示意图；
[0022] 图3为本发明胶合式线宽压缩模块中光栅的结构示意图；
[0023] 图4为本发明包含增透膜的线宽压缩模块的结构及原理示意图；
[0024] 图5为利用本发明线宽压缩模块作为反馈腔镜构成的激光器原理示意图；
[0025] 图6为利用本发明线宽压缩模块同时作为反馈腔镜和输出腔镜的激光器原理示 意图。
[0026] 附图标记；1-入射面；2-反射面；3-光栅；4-光栅反射膜；5-周期结构；6- 透明基底；7-增透膜；10-半透半反射输出镜；11-光阔；12-增益介质；13-全反射腔 镜。
【具体实施方式】
[0027] 如图1所示，本发明提供一种激光谐振腔的线宽压窄模块，该模块为一集成光学 体器件，该模块具有棱镜外貌特征，主要工作面有两个，一个为入射面1，另一个为具有特殊 周期结构特征的反射面2,入射面1和反射面2之间具有一个特殊的夹角0。
[002引其中入射面1为平面，根据需要可锻增透射膜减少反射损失，或者在不锻膜情况 下，光W布儒斯特角入射到线宽压窄模块的入射面1。线宽压窄模块的材料对于工作波长为 透明材料，例如工作波长在可见光范围内，常用的材料有石英、K9、CaFs玻璃等。
[0029] 线宽压窄模块的反射面2为一具有一定周期结构5面型的内反射表面，具有一定 的色散特性。其中周期结构5形成一个内反射的光栅面，周期结构5外表面锻有高反射膜， W形成内反射。该反射面同时具有色散特性和闪耀特性，可W将特定波长的光能量集中到 特定的方向，此外，具有周期和闪耀特性的面型结构还可W降低谐振腔反馈损耗。
[0030] 内反射光栅的加工方法可W在光学材料上加工出所需要的周期结构，常见的加工 方法有直接法和胶合法。
[0031] 直接法是直接在反射面2上形成周期性闪耀结构，如果选择的元件材料质地相对 较软，如聚碳酸脂材料（折射率1. 58)，有一定初性，易于加工，可W在反射面2上直接刻画 出周期结构，再锻全反射膜；如果元件材料较硬，地质较脆，可W再在反射面2上锻上一层 较软的光学材料，如在反射面2上锻一层透明基底材料如MgFs，在MgFs上刻划出需要的周 期形貌，然后在该形貌的基础上锻多层膜系结构，形成全反射膜。直接法加工后的器件如图 1所示。
[0032] 胶合法是可W选择在易于加工的透明基地6材料上如有机玻璃表面刻画出周期 结构5,并在周期面上锻全反射膜（如图3所示），最后胶合在反射面2上。胶合后的器件 结构如图2所示。
[003引如图4所示，线宽压窄模块入射面锻增透膜7情况下，光W大角方式入射到该线宽 压窄模块入射面。线宽压窄模块不锻增透膜情况下，光W特定偏振态W布儒斯特角入射到 所述线宽压窄模块的入射面。
[0034] 线宽压窄模块入射面1和反射面2之间的夹角0是特殊设计的，它使得特定波长 (工作波长为A )的入射光W同样的角度反射出该线宽压窄模块，为谐振腔提供光学反馈， 由入射角、材料折射率和反射面2的周期间隔共同决定。0角度可W按照下式计算
[0035]
【权利要求】
1. 一种激光线宽压缩模块，其特征在于：包括对该激光波长高透射的棱镜状本体，所 述的棱镜状本体的两个侧面分别构成入射面（1)和反射面（2)，所述的反射面（2)为反射 型闪耀光栅（3)，从入射面（1)入射的激光经棱镜状本体折射后入射至反射型闪耀光栅（3) 后，反射型闪耀光栅（3)的1级衍射光沿入射激光原路返回。
2. 根据权利要求1所述的激光线宽压缩模块，其特征在于：所述的入射面（1)和反射 面（2)构成的顶角0满足
其中0in为激光入射至入射面的入射角，n为棱镜状本体的介质折射率，d为光栅周期， 入为激光波长。
3. 根据权利要求1所述的激光线宽压缩模块，其特征在于：在入射面（1)上镀有对该 波长激光的增透膜（7)。
4. 根据权利要求1所述的激光线宽压缩模块，其特征在于：所述的棱镜状本体采用石 英、K9或CaF2玻璃光学透明材料制成。
5. 根据权利要求1所述的激光线宽压缩模块，其特征在于：所述的反射面（2)采用胶 合的方法粘贴在棱镜状本体上，或者在棱镜本体上直接刻画出周期形貌。
6. -种利用权利要求1所述的激光线宽压缩模块构成的窄线宽激光器，其特征在于： 激光器增益介质（12)的一端设置有半透半反射输出镜（10)，增益介质（12)的另一端设置 有激光线宽压缩模块。
7. 根据权利要求6所述的窄线宽激光器，其特征在于：在半透半反射输出镜（10)和增 益介质（12)之间设置有光阑（11)。
8. -种利用权利要求1所述的激光线宽压缩模块构成的窄线宽激光器，其特征在于： 激光器增益介质（12)的一端设置有全反射腔镜（13)，增益介质（12)的另一端设置有激光 线宽压缩模块，所述的激光由反射型闪耀光栅的〇级方向出射。
9. 根据权利要求8所述的窄线宽激光器，其特征在于：在全反射腔镜（13)和增益介质 (12)之间设置有光阑（11)。
【文档编号】H01S3/10GK104485574SQ201410726970
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】朱峰, 于力, 易爱平, 唐影 申请人:西北核技术研究所