一种固体激光器及用于固体激光器的腔内光学偏振元件

本发明涉及激光，更具体的说是涉及一种固体激光器及用于固体激光器的腔内光学偏振元件。

背景技术：

1、线偏振激光在光电检测、光谱测量、光子纠缠、信息处理和存储等方面有着广泛应用。作为拓宽激光波长的重要手段，非线性光学频率变换对于基频光的偏振特性具有特殊要求，只有沿特定线偏振方向的激光能够实现有效转换。但遗憾的是，一些重要的激光晶体是各向同性的(如nd:yag)，所发射激光不是单一线偏振的，因此在应用之前需要采取一定方法将其变为单一线偏振光。另外，对于各向异性激光晶体，被激发激光的增益系数、偏振态以及波长都会随晶体方向发生变化，这又会带来两种不便：(1)当偏振态正交的两个激光波长的发射截面相近时，在稍高的泵浦功率下往往同时起振，难以获得单一偏振、单一波长激光。如nd:yap晶体，c偏振发射峰位于1065nm，b偏振发射峰位于1079nm，两者往往同时输出，无法单独应用。(2)当偏振态正交的两个激光波长的发射截面相差很大时，即使在很高的泵浦功率下也无法使发射截面较小的偏振激光起振并输出，从而无法利用相应波长。如nd:yvo4晶体，c偏振发射峰位于1064nm，b偏振发射峰位于1067nm，对于人们常用的a切晶体，现实中很难获得发射截面较小的b偏振1067nm输出。虽然c切晶体可以部分解决这一问题，但获得的1067nm输出又非单一线偏振的。因此，无论上述哪种情况，都需要简单、灵活的手段对激光偏振加以控制，这对于充分利用激光晶体偏振光谱的特性差异、丰富激光波长以及实现激光的特殊应用具有重要意义。

2、目前常用的腔内控制激光偏振的方案大致可以分为两类。一类是在激光腔内放置偏振分光棱镜，利用棱镜对偏振光束的筛选作用，使一个偏振方向的激光能在腔内振荡并形成输出。这种方法造价高、尺寸大、光学损耗大，分光棱镜前后两部分之间受热后容易开胶，因而寿命有限。另一类是在激光腔内以布儒斯特角摆放玻璃片，这种方法虽然可以起到选偏作用，但倾斜放置的玻璃片大大增加了谐振腔尺寸，不适用于小型化、高集成度的激光器件。其次，输出功率对玻璃片的摆放角度非常敏感，因而对装配精度提出了较高要求。再者，不同激光波长的布儒斯特角也是不同的，进一步增加了装配难度。第四，玻璃片的热导率较低，远远小于晶体光学元件，不利于高功率激光的稳定运行。

3、因此，如何提供一种固体激光器及用于固体激光器的腔内光学偏振元件，能够避免现有技术中的两类激光器的局限性是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种固体激光器及用于固体激光器的腔内光学偏振元件，能够控制1μm激光振荡、实现线偏振输出，提供了一种腔内简便、灵活地控制激光偏振的新方法和新器件，避免了由分光棱镜带来的光学大损耗和寿命问题，并且无需进行倾斜放置，有利于节约谐振腔的腔内空间。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，包括sm:gdca4o(bo3)3偏振晶片，偏振晶片用于实现1μm波段偏振激光输出。

4、进一步的，偏振晶片中的sm3+浓度为1-50at.％。

5、进一步的，偏振晶片的通光方向沿折射率主轴nz，通光面经抛光处理，通光厚度为0.1-20mm。

6、进一步的，偏振晶片的通光面镀有1020～1130nm波段的增透膜。

7、一种固体激光器，采用了上述的任一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，包括激光泵浦装置以及与激光泵浦装置相邻接的谐振腔，谐振腔内安置有激光晶体和偏振元件。

8、进一步的，激光泵浦装置包括泵浦源和聚焦系统，谐振腔包括入射镜和出射镜，入射镜镀有对泵浦光的增透膜和1.05-1.1μm的高反膜；出射镜镀有对1.05-1.1μm波段部分透过介质膜，部分透过介质膜在1.064μm波段的透过率为5％。

9、进一步的，在谐振腔内还安置有腔内倍频晶体，用于对选偏后的激光进行倍频，输出连续倍频激光。

10、进一步的，出射镜镀有1.06μm高反膜、0.53μm增透膜以替换部分透过介质膜。

11、进一步的，谐振腔内还安置有调q开关，调q开关位于偏振元件之后，用于调制产生脉冲激光。

12、进一步的，在谐振腔之后，与谐振腔邻接且沿光路依次设置有凸透镜、腔外倍频晶体和滤光片，脉冲激光经凸透镜聚焦后，作为基频光入射到满足相位匹配条件的腔外倍频晶体内，从腔外倍频晶体出射的倍频光经滤光片滤除剩余基频光后，输出纯净的脉冲倍频光。

13、本发明的有益效果：

14、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明克服了传统腔内选偏光学元件的诸多缺点，与偏振分光棱镜相比造价低、尺寸小、光学损耗小、无胶的一体化设计、寿命长。与布儒斯特角摆放的玻璃片相比，尺寸小、易集成、易装配、即插即用、对角度变化不敏感、旋转选偏、热导率高、高功率运行稳定。本发明的sm:gdcob晶体可用提拉法生长，生长速度快，周期短，偏振元件成本低廉、性质稳定、偏振度高、易加工，易批量化生产，易推广。除上述优点外，如附图3所示，sm:gdcob晶体在1μm附近的较宽波段内(1020～1130nm)都表现出明显的偏振吸收各向异性，因此本发明的腔内偏振元件适用于多种激光材料、激光波长，甚至是宽带激光，具有十分重要和广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，其特征在于，包括sm:gdca4o(bo3)3偏振晶片，偏振晶片用于实现1μm波段的偏振激光输出。

2.根据权利要求1的一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，其特征在于，偏振晶片中的sm3+浓度为1-50at.％。

3.根据权利要求1的一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，其特征在于，偏振晶片的通光方向沿折射率主轴nz，通光面经抛光处理，通光厚度为0.1-20mm。

4.根据权利要求3的一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，其特征在于，偏振晶片的通光面镀有1μm波段的增透膜。

5.一种固体激光器，其特征在于，采用了权利要求1-4所述的任一种用于固体激光器的腔内光学偏振元件，包括激光泵浦装置以及与激光泵浦装置相邻接的谐振腔，谐振腔内安置有激光晶体和偏振元件。

6.根据权利要求5的一种固体激光器，其特征在于，激光泵浦装置包括泵浦源和聚焦系统，谐振腔包括入射镜和出射镜，入射镜镀有对泵浦光的增透膜和1.05-1.1μm的高反膜；出射镜镀有对1.05-1.1μm波段部分透过介质膜，部分透过介质膜在1.064μm波段的透过率为5％。

7.根据权利要求5的一种固体激光器，其特征在于，在谐振腔内还安置有腔内倍频晶体，用于对选偏后的激光进行倍频，输出连续倍频激光。

8.根据权利要求7的一种固体激光器，其特征在于，出射镜镀有1.06μm高反膜、0.53μm增透膜以替换部分透过介质膜。

9.根据权利要求5的一种固体激光器，其特征在于，谐振腔内还安置有调q开关，调q开关位于偏振元件之后，用于调制产生脉冲激光。

10.根据权利要求9的一种固体激光器，其特征在于，在谐振腔之后，与谐振腔邻接且沿光路依次设置有凸透镜、腔外倍频晶体和滤光片，脉冲激光经凸透镜聚焦后，作为基频光入射到满足相位匹配条件的腔外倍频晶体内，从腔外倍频晶体出射的倍频光经滤光片滤除剩余基频光后，输出纯净的脉冲倍频光。

技术总结
本发明公开了一种固体激光器及用于固体激光器的腔内光学偏振元件，该偏振元件包括，Sm:GdCa<subgt;4</subgt;O(BO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;偏振晶片，偏振晶片用于实现1μm波段激光的偏振输出；该激光器包括激光泵浦装置以及与激光泵浦装置相邻接的谐振腔，谐振腔内安置有激光晶体和偏振元件；本发明能够控制1μm波段的激光振荡、实现线偏振输出，提供了一种腔内简便、灵活地控制激光偏振的新方法和新器件，避免了由分光棱镜带来的光学大损耗和寿命问题，并且无需进行倾斜放置，有利于节约谐振腔的腔内空间。

技术研发人员：王正平,于平章,许心光,刘彦庆
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14