专利名称:多频可调谐激光器的宽频带耦合方法
本发明是一种多频运转可调谐激光器的宽频带耦合方法。一般多频可调谐激光器(如染料激光器)，各调谐支腔之间的耦合，都必须采用各种光分束器作耦合元件。而本发明所采用的耦合方法，它不需专门的光分束器，而利用腔内的扩束元件-扩束棱镜-的反射与折射直接进行耦合。这种耦合方法适用于各种多频运转的可调谐激光器中。
现对本发明的原理结合附图加以说明图1为用各种光分束器作耦合元件的多频可调谐激光器的原理图，图2为用扩束棱镜作耦合元件的多频可调谐激光器的原理图，图3为有预扩束棱镜的扩束棱镜耦合的多频可调谐激光器的原理图，图1中〔1〕为输出反射镜，〔2〕为激光工作物质(如染料盒等)，〔3〕为光分束器，〔4〕和〔6〕为光扩束器，〔5〕和〔7〕为调谐元件-光栅(自准直状态工作)。光分束器〔3〕的透射光，形成由反射镜〔1〕与光栅〔5〕组成的一个可调谐支腔，可实行对波长λ1的调谐;光分束器〔3〕的反射光，则形成由反射镜〔1〕与光栅〔7〕组成的另一可调谐支腔，并对波长λ2调谐，从而获得双频可调谐激光输出(λ1+λ2)。一般在腔内都有光扩束器，用于扩展光束宽度，提高光栅分辨率，以压窄激光的谱线带宽。
现有多频可调谐激光器中，都采用“反射-透射型”分束器进行耦合。主要是用各种半透半反的反射元件，如镀有薄金属层的反射镜或多层介质膜反射镜等等。这些反射镜的透过率和反射率，对不同波长的光有一定的选择性，在调谐过程中，其透过率与反射率之比值是变化的，而且到一定波长值即不透或不反，其耦合的通带不宽。
或用偏振分束器分成寻常光(O光)与非常光(e光)，两束相互垂直偏振的光进行耦合，但这时输出的两种波长(频率)的光偏振面不一致，这对多数应用来说是不希望的。当要求有更多的频率时，就更困难了，而且这种偏振元件的价格又十分昂贵。
用分束器对各调谐支腔进行耦合，一般来说，若有N个支腔(即N个调谐频率)，则需要有(N-1)个分束器。
本发明提出了一种不用专门光分束器进行耦合的方法，如图2中所示〔1〕为全反射镜，〔2〕为激光工作物质，〔4〕为扩束棱镜，〔5〕为光栅。光以大角α1入射到棱镜〔4〕A面上，一部分经棱镜折射后，投射到光栅〔5〕上，由反射镜〔1〕和光栅〔5〕形成一“开腔式”的可调谐支腔(对应波长λ1)。扩束棱镜在大角入射情况下，大部分的光在A面反射，投射到棱镜〔6〕的B面上，同理，其折射的光将形成一由反射镜〔1〕和光栅〔7〕组成的第二个调谐支腔(对应波长λ2)。同样，B面上的反射光经棱镜〔8〕的C面折射后，将形成第三个调谐支腔(对应波长λ2)。这时棱镜〔8〕C面上的反射光，即为含有三种可调谐波长的激光输出。原则上，可以用第四个、第五个……直至第N个“扩束棱镜-光栅组合”的可调谐支腔。
这里，棱镜〔4〕、〔6〕、〔8〕等，不仅是一个光扩束元件，同时也是一个“反射-折射型”的光分束元件。这样，不仅省去了专门的分束器，简化了结构，降低了费用(一个偏振分束器约1000元左右);而且有很宽的耦合通频带(比各种膜层要宽许多倍)，它决定于棱镜材料的光谱透过性能，用一般光学玻璃即可实现由近紫外、可见光到近红外很宽波长范围内的调谐。而各支腔的耦合率，可以通过改变棱镜的入射角或其它补偿的方法予以控制。
需要得到更窄激光谱线带宽时，则可采用多棱镜组成的扩束系统(图3)，其中棱镜〔41〕、〔61〕为耦合棱镜，棱镜〔41〕和〔42〕、〔61〕和〔62〕分别组成两个支腔的双棱镜扩束系统(也可由更多的棱镜所组成)。而棱镜〔10〕则为一预扩束棱镜，它是各支腔共有的(实际上对每个支腔是三棱镜扩束)，并由棱镜〔10〕经反射镜〔11〕反射而输出两个波长可调谐的激光，也可由棱镜〔61〕的反射输出。同理，也可组成N个支腔的N个频率的可调谐激光器。
上述耦合棱镜的入射角αi(i为支腔序号，i＝1，2，……N)必须远大于布儒斯特角αb，αi＞αb+20°，因为αi＝αb时，光的p分量全部折射，而没有反射，使与下一支腔的耦合失效。
实施举例双频输出的(脉冲)可调谐染料激光器。
泵浦光源可采用氮分子激光器或yAG激光的倍频光等。
激光染料各种激光染料。
扩束棱镜材料用ZF-5或ZF-6玻璃，棱镜顶角3′5°，棱镜斜边宽度45-60毫米，棱镜的入射角85°～88.5°。
衍射光栅可选用每毫米600条、1200条或1800条线的反射光栅，光栅工作宽度50～80毫米，光栅通过正弦机构可旋转。
权利要求
1.一种多频可调谐激光器的宽频带耦合方法，由反射镜，激光工作物质(如染料盒等)，耦合元件，光栅(调谐元件)组成，其特征在于，耦合元件是棱镜，它既是光扩束元件，又是光分束元件。
2.根据权利要求
1所述的多频可调谐激光器的宽频带耦合方法，其特征在于，棱镜可以是单棱镜，也可以是由若干棱镜组成的扩束棱镜系统。
3.根据权利要求
1或2所述的多频可调谐激光器的宽频带耦合方法，其特征在于，各支腔的第一块棱镜的入射角αi＜αb+20°(αb为布儒斯特角)。
专利摘要
本发明是一种多频可调谐激光器的宽频带耦合方法。它完全省去了通常多频可调谐激光器中耦合各调谐支腔的光分束器，而由扩束棱镜既起光扩束作用，又起光分束耦合作用。不仅简化了结构，而且具有很宽的通频带特性。
文档编号H01S3/00GK86103373SQ86103373
公开日1987年11月25日 申请日期1986年5月15日
发明者张国威, 刘庆, 刘宏发 申请人:北京工业学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan