[发明专利]LD抽运固体激光器腔内损耗测量方法及使用该方法的装置

说明书

【技术领域】：

本发明涉及激光器技术领域；具体地涉及对LD抽运固体激光器腔内损耗进行测量；尤其是在激光器腔长短、增益低的情况下对LD抽运固体激光器腔内损耗进行测量。

【背景技术】：

LD抽运固体激光器体积小巧、成本低，且可广泛适用于激光测距、光通信等多个领域。在这种激光器的生产、研发及维护中，腔内往返损耗是一个重要指标。它与激光器净增益的关系是决定激光器运转状况的主要因素。此外，准确地确定腔内往返损耗也是将调Q、稳频、选模等各种激光技术应用于LD抽运固体激光器的必要条件。

目前测量固体激光器腔内损耗最常用的方法是Findlay-Clay分析法。该方法首先测量不同输出镜反射率下的抽运阈值，再利用输出镜反射率与抽运阈值的关系，通过数值拟合得到激光器腔内损耗值。这种方法需要更换几组不同反射率的输出镜，且需要反射率的变化范围较大，这样才能对腔内往返损耗进行准确测量。它只适用于具有较高增益的激光器。Findlay-Clay分析法还需要改变谐振腔的结构，不仅给测量带来一定的误差，而且对谐振腔已封装的激光器更是无能为力。在很多LD抽运激光器尤其是微片激光器中，激光介质长度很短，增益相对较低，为了实现激光运转，经常需要选择反射率高的输出镜进行输出耦合。此类激光器难以在一定反射率范围内更换输出镜，这导致Findlay-Clay分析方法的使用受到一定限制。对于已经封装好的或者不希望调整的激光器，Findlay-Clay分析方法也无法适用。

测量腔内往返损耗的另外一种途径是从理论上分析激光运转的速率方程得到。这种方法的理论模型通常只考虑激光的产生，忽略其他跃迁过程。然而固体激光介质中发光中心粒子能级丰富，结构复杂；受到抽运源激发后，除激光下能级粒子的激发和上能级粒子的辐射跃迁外，还存在着其它一些跃迁过程，如常发生在稀土离子掺杂激光介质中的无辐射弛豫和上转换发光等。在LD高抽运功率密度抽运条件下，这些跃迁过程带来了额外的损耗，显著地影响着激光的运转和激光输出。仅考虑固体激光器的激光产生过程而将其他跃迁过程的影响计入腔内损耗，其测量和计算结果的可靠性将难以保证。

【发明内容】：

为了解决背景技术的问题，本发明在考虑了与激光过程同时发生的其他跃迁过程情况下，提供了一种操作简单、结果准确、易于在研究和生产中实施的测量LD抽运固体激光器腔内损耗的方法及使用这种方法的装置。

本发明的发明原理为：与激光的产生相伴的各种能量转换过程均可在速率方程中得到表达，并影响激光介质中反转粒子数密度的分布和激光器的增益；激光器增益与损耗的关系最终体现在输出激光功率与抽运功率的关系上，而在实验中容易测量到LD抽运固体激光器的输出激光功率与相应抽运功率。

当LD抽运固体激光器中的工作物质受到抽运源激发后，影响激光运转的各能级粒子数会迅速发生变化。激光运转达到稳定的同时各能级粒子数将达到稳定。在这个基础上列出的各种固体激光器速率方程组虽然不尽相同，但是激光器稳定运转时其增益等于损耗，均可表达为振荡光腔内光子数变化率为零，即：