,输出腔镜3和反馈腔镜9对激光波段半透 射半反射，在反馈腔镜9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均对激光波段全反射， 反射光经色散元件5反馈至所述的增益介质2,并在谐振腔内形成双波长激光振荡后沿输 出腔镜1输出；第一转镜6和第二转镜7通过角度旋转，实现输出波长的调谐。图5中栗 浦采用侧面栗浦方式，也可采用类似图1和图4中的端面栗浦方式。
[0032] 在图1至图4所示的波长可调谐激光装置中，外腔部分由色散元件5、第一转镜6 和第二转镜7构成，使得激光器的谐振波长受外腔控制。外腔将从腔镜3透过的光经过选 频后反馈回主腔，以此决定谐振波长。调谐效果取决于反馈光，反馈光强度越高、与原光路 重合的越好，则调谐效果越好。若要使外腔反馈光回到主腔并沿原光路聚焦到晶体中，则需 要对激光整形为准平行光。
[0033] 如图6所示，光束整形单元4用于对入射至色散元件5的光束进行扩束准直。尤 其针对光栅结构，光束的横截面越大，则色散元件的角色散越强、分光能量越强。因而从增 强角色散的角度考虑，需对激光扩束。光束整形单元4可以是凸面镜和扩束镜的组合，其中 扩束镜为两个直角棱镜组成的变形棱镜组，在平行于纸面的方向上对激光扩束。
[0034] 在图1所示的波长可调谐激光装置中，色散元件5将两束波长不同的光分开，图1 中色散元件为棱镜，可以用单个棱镜，也可以用多个棱镜，也可以用一个或者多个光栅，能 起到色散分光作用即可。经过分光后，两路光分别被镜片6和镜片7反射。外腔对主腔的 反馈光等价于提升了主腔镜3在反馈波长处的有效反射率。设3在激光波长处的反射率为 R3,6和7的反射光波长分别为A JP A 2，反射率分别为&和R7，不考虑扩束系统和棱镜造 成的损耗，则对于激光器来说，输出镜的在两个波长处的有效反射率分别为：
[0037] 式中，今A二 ?可见，Reff#Reff2均大于R3。这说明，在有 了外腔反馈后，输出镜有效反射率增大，则实现激光振荡的栗浦阈值降低，激光器振荡波长 受外腔反馈调控。转动6和7,则反馈回主谐振腔的激光波长会发生变化，则实现了对波长 的调谐。激光器要实现双波长振荡，需要两个振荡波长的起振阈值接近。通过调节6, 7的 反馈比率可以调节两个波长的起振阈值，使两个波长的起振阈值接近以实现双波长同时振 荡。
[0038] 下面给出理论模拟和初步实验的具体实施例。
[0039] 激光器采用图1所示激光器结构。选用671nm的栗浦，沿晶体左端面入射；凹面镜 1曲率半径为50mm，镀膜对671nm高透，对800-1000nm高反；增益介质2选用Cr:LiSAF晶 体。Cr:LiSAF晶体材料能实现780-1110nm的调谐；输出腔镜3选用曲率半径为50mm的凹 面镜；在800-1000nm波段的透过率为5% ;4选用图6的结构，准直镜焦距为50mm，扩束镜 将激光在平行于纸面方向扩束3倍；色散元件5选用刻线密度为1800线/mm的闪耀光栅， 在850nm处闪耀角为49.9° ;第一转镜6为平面镜，在800-1000nm反射率为90% ;第二转 镜7为平面镜，在800-1000nm反射率为90%。
[0040] 结果表明：双波长的调谐范围为800-1000nm，6后输出的激光波长要大于7后输出 的波长，在栗浦功率为500mW的条件下，获得20mW的激光功率输出。
【主权项】
1. 一种基于外腔结构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)，所述的输出腔镜（3)对激光波段半 透射半反射，所述的反射腔镜（1)对激光全反射，其特征在于：在输出腔镜（3)的输出光路 上设置有色散元件（5)，在所述色散元件（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)，所述的第一转镜（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)反馈至所述的增益介质（2)，并在谐振腔内形成双波长激光振荡 后分别沿第一转镜（6)和第二转镜（7)透射，所述的第一转镜（6)和第二转镜（7)通过角 度旋转，实现输出波长的调谐。2. 根据权利要求1所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：在所 述的输出腔镜（3)和色散元件（5)之间设置有光束整形单元（4)，对入射至色散元件（5)的 光束进行扩束准直。3. 根据权利要求2所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：所述 的光束整形单元（4)包括沿光束依次设置的准直透镜（11)和变形棱镜组（12)。4. 根据权利要求1所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：所述 的色散元件（5)为光栅或棱镜，所述的增益介质（2)为激光晶体或密封的增益介质气体， 所述的反射腔镜（1)为镀制在增益介质（2)端面的反射膜；所述的输出腔镜（3)、第一转镜 (6)和第二转镜（7)对激光输出波段的透射反射比分别为5:95、10:90和10:90。5. 根据权利要求1所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：所述 的增益介质（2)为Cr = LiSAF晶体，调谐范围为800-1000nm。6. -种基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：包括输出腔镜（1)、反馈 腔镜（9)和设置在输出腔镜⑴和反馈腔镜（9)之间的增益介质（2)，所述的输出腔镜（3) 和反馈腔镜（9)对激光波段半透射半反射，在反馈腔镜（9)的输出光路上设置有色散元件 (5)，在所述色散元件（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)， 所述的第一转镜（6)和第二转镜（7)均对激光波段全反射，反射光经色散元件（5)反馈至 所述的增益介质（2)，并在谐振腔内形成双波长激光振荡后沿输出腔镜（1)输出；所述的第 一转镜（6)和第二转镜（7)通过角度旋转，实现输出波长的调谐。7. 根据权利要求6所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：在所 述的反馈腔镜（9)和色散元件（5)之间设置有光束整形单元（4)，对入射至色散元件（5)的 光束进行扩束准直。8. 根据权利要求7所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：所述 的光束整形单元（4)包括沿光束依次设置的准直透镜（11)和变形棱镜组（12)。9. 根据权利要求6所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：所述 的色散元件（5)为光栅或棱镜，所述的输出腔镜（3)对激光波段的透射反射比分别为5:95， 所述的反馈腔镜（9)对激光波段全反射。10. 根据权利要求6所述的基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，其特征在于：所述 的增益介质（2)为Cr = LiSAF晶体，调谐范围为800-1000nm。
【专利摘要】本发明公开了一种基于外腔结构的双波长可调谐激光装置，包括输出腔镜、反射腔镜和增益介质，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。本发明的激光器的两个起振波长均可实现调谐，激光器具有结构简单，成本低，调谐范围大等优点。
【IPC分类】H01S3/10
【公开号】CN105071211
【申请号】CN201510551262
【发明人】栾昆鹏, 于力, 沈炎龙, 朱峰
【申请人】西北核技术研究所
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年9月1日