一种基于角锥棱镜的单向行波环形2μm固体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于固体激光技术领域，涉及一种单向行波环形2 μπι固体激光器，尤其是涉及一种基于角锥棱镜的单向行波环形2 μπι固体激光器。
【背景技术】
[0002]由于稳定的2μπι波段单纵模激光器的输出光束具有良好的方向性，单色性和相干性，在激光测距，激光成像，激光遥感等领域显示出越来越广泛的应用前景，特别是其相干长度较长，能够达到激光雷达的光源要求。2 μπι波段处于人眼安全波段和大气的弱吸收带，具有优异的大气传输特性，非常适用于大气中的中远距离探测。因此，单纵模2 μ m固体激光器成为激光成像雷达、多普勒相干测风雷达和测量地球大气浓度和温度变化的差分吸收雷达的首选光源。
[0003]目前实现单纵模2μπι激光输出主要有两种方式，一是在腔内插入轴模选择元件选出单模，另一种是采用环形腔，消除腔内驻波效应及空间烧孔效应，在腔内插入光学隔离器，强制激光单向输出，从而获得单纵模。然而这两种方式均在腔内插入了额外元件，增加了腔内损耗，同时由于腔镜易失调造成激光器的机械稳定性差、频率稳定性不高等问题，还易受到外部环境影响，如振动强烈，温度突变，气流扰动等的影响，导致光束质量劣化，输出功率急剧下降，使得单纵模2 μπι固体激光器难以有效地运用在上面所提到的各项应用中。因此，获得高稳定性、抗干扰能力强的单纵模2 μπι固体激光器，就成为单纵模2 μπι固体激光器研究的重点。
【发明内容】
[0004]本发明为了满足对高稳定性、抗干扰能力强的单纵模2 μπι固体激光器的需求，提出了一种基于角锥棱镜的单向行波环形2 μπι固体激光器。
[0005]一种基于角锥棱镜的单向行波环形2 μπι固体激光器，它包括栗浦光注入镜1、Ho: YLF晶体2、一号角锥棱镜3、一号偏振片4、二号角锥棱镜5和四分之一波片6 ；
[0006]—号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和栗浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔；
[0007]1.9 μπι栗浦光沿着a方向以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，通过栗浦光注入镜1后垂直入射至Ho:YLF晶体2，Ho:YLF晶体2在1.9 μm栗浦光的抽运下产生向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光；
[0008]向b方向传输的水平偏振光以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，经栗浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜5，经二号角锥棱镜5三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4 ;经一号偏振片4将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，经栗浦光注入镜1反射后垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的6区域进入，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光垂直入射至Ho:YLF 晶体 2 ；
[0009]向c方向传输的水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的3区域进入，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的6区域输出具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光，该具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，经栗浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，经一号偏振片4将具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
[0010]由所述经一号偏振片4沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
[0011 ] 栗浦光注入镜1的表面镀有对1.9 μ m栗浦光高透膜和对2.1 μ m振荡光高反膜；
[0012]Ho: YLF晶体2的表面镀有对1.9 μ m_2.1 μ m栗浦光高透膜；
[0013]—号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9 μπι-2.1 μπι高透膜，高透膜的材料为JGS3光学石英玻璃；
[0014]—号偏振片4镀有对2.1 μ m水平光高透垂直光高反膜；
[0015]四分之一波片6的表面镀有对1.9 μπι-2.1 μπι光高透膜。
[0016]向b方向传输的水平偏振光和向c方向传输的水平偏振光均为2 μ m水平偏振光。
[0017]Ho:YLF晶体2可由采用其他基质的单掺钬各向异性激光晶体替换，且晶体长度范围为lOmm-lOOmm，晶体掺杂浓度范围为0.1% -6%。
[0018]一种基于角锥棱镜的单向行波环形2 μπι固体激光器，它包括栗浦光注入镜1、Ho: YAG晶体21、一号角锥棱镜3、一号偏振片4、二号角锥棱镜5、四分之一波片6和二号偏振片7 ；
[0019]—号角锥棱镜3、二号角锥棱镜5和栗浦光注入镜1构成双角锥环形谐振腔；
[0020]1.9 μπι栗浦光沿着a方向以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，通过栗浦光注入镜1后垂直入射至Ho:YAG晶体21，Ho:YAG晶体21在1.9 μm栗浦光的抽运下产生向b方向传输的椭圆偏振光和向c方向传输的椭圆偏振光；
[0021]向b方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，经栗浦光注入镜1反射后垂直入射至四分之一波片6，经四分之一波片6进行光束处理后垂直入射至二号角锥棱镜5，经二号角锥棱镜5三次全内反射后输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至一号偏振片4 ;经一号偏振片4将椭圆偏振光的垂直分量沿d方向反射出去，同时将椭圆偏振光的水平分量透射后以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，经栗浦光注入镜1反射后垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的6区域入射，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的3区域输出椭圆偏振光，该椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片7，经二号偏振片7偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至Ho:YAG 晶体 21 ；
[0022]向c方向传输的椭圆偏振光以45°入射角入射至二号偏振片7，经二号偏振片7偏振后输出水平偏振光，该水平偏振光垂直入射至一号角锥棱镜3，从一号角锥棱镜3的3区域入射，经一号角锥棱镜3三次全内反射后从一号角锥棱镜3的6区域输出具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光，该具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光以45°入射角入射至栗浦光注入镜1，经栗浦光注入镜1反射后以45°入射角入射至一号偏振片4，经一号偏振片4将具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光中的垂直分量反射出去，同时将具有80%?90%垂直分量的椭圆偏振光中的水平分量部分透射出去；
[0023]由所述经一号偏振片4沿d方向反射出去的椭圆偏振光的垂直分量作为激光器的输出；
[0024]栗浦光注入镜1的表面镀有对1.9 μ m栗浦光高透膜和对2.1 μ m振荡光高反膜；
[0025]Ho: YAG晶体21的表面镀有对1.9 μ m_2.1 μ m栗浦光高透膜；
[0026]—号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面均镀有1.9 μ m-2.1 μ m高透膜，高透膜的材料为JGS3光学石英玻璃；
[0027]—号偏振片4镀有对2.1 μ m水平光高透垂直光高反膜；
[0028]四分之一波片6的表面镀有对1.9 μ m-2.1 μ m荡光高透膜。
[0029]Ho:YAG晶体21可由采用不同基质的各向同性单掺钬激光晶体替代，且晶体长度范围为lOmm-lOOmm，晶体掺杂浓度范围为0.1% -6%。
[0030]—号角锥棱镜3和二号角锥棱镜5的入射面直径为lOmm-lOOmm，反射面曲率为0-1000mm。
[0031 ] 本发明提出了一种获得单纵模2 μ m激光的新方式。采用双角锥环形谐振腔，偏振片作为激光输出镜，配合四分之一波片使用可以改变输出镜透过率，利用角锥棱镜的退偏效应，实现单向输出线偏振单纵模激光。角锥棱镜有三个互相垂直的空间反射平面和一个入射面，从任意方