[发明专利]窄带光滤波器

说明书

技术领域

本发明是一种超窄带光滤波器，属于固体激光技术领域。

技术背景

固体激光器应用范围十分广泛，目前已在机械、电子、汽车、航空航天、钢铁、造船、军工等行业获得较为广泛的应用，并且在国民生产总值中占有越来越大的比重。其中窄线宽(纳米、皮米量级)的激光则由于具有更长的相干长度和更好的光束质量在测量仪器、信息通讯和军用雷达中有着非常重要的应用，成为激光技术重要的研究和发展方向。

滤波器通常是一个广义的术语，是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长，而除此波长以外的光将会被拒绝通过。它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用等。

用于滤波的光滤波器主要基于光干涉原理。这种干涉可能发生在两束光之间，比如法布里一珀罗腔型的多光束干涉，或者是基于光栅结构的干涉等。

目前的光滤波器大多应用于信息通讯领域，而应用于固体激光技术领域获得皮米量级激光输出的窄带光滤波器的报道还很少见。

发明内容

为了获得更窄的皮米量级的激光输出，我们提出了一种基于光栅结构的窄带光滤波器。本光滤波器抗干扰能力强、稳定性好、效率高、结构简单。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

本发明采用体布拉格光栅(VBG)作为波长选择元件，体布拉格光栅被认为是理想的光谱和角度选择器，具有很高的可调性。入射角、衍射角、中心波长、光谱(角度)宽度等参数，可以根据不同的光栅厚度、折射率调制度和光栅矢量方向很容易的进行选取。体布拉格光栅有着极好的光学性能，主要表现在：(1)光谱选择性高，透射式和反射式体布拉格光栅的频谱选择性分别达0.2nm和0.02nm，角度选择性达0.1mrad和0.5mrad；(2)受温度的影响小，中心波长随温度的变化为10pm/K；(3)损耗小，光栅损耗小于2.5％；(4)损伤阈值高，为11J/cm²(脉宽1ns)。

本发明窄带光滤波器是一种组合式的结构，它是由一块透射式体布拉格光栅(TBG)和一块反射式体布拉格光栅(RBG)组合而成，这样我们可以分别利用透射式体布拉格光栅的角度选择性和反射式体布拉格光栅的光谱选择性，先让光通过TBG，然后再通过RBG，这样经过两次选择筛选，等效于光通过两个光滤波器，大大提高了滤波的精度，达到了压窄线宽的目的。光在窄带滤波器中轨迹描述如下：光入射到组合体布拉格光栅，先经透射式体布拉格光栅，满足布拉格条件的波长发生衍射，而除此之外的其他波长则透射，衍射光进入反射式体布拉格光栅，满足同样布拉格条件的波长再由反射式体布拉格光栅衍射，衍射光沿入射光方向返回再次进入透射式体布拉格光栅，再由透射式体布拉格光栅衍射返回，返回光即为选择后(滤波后)剩下的我们所需要的线宽很窄的光。如将窄带滤波器放入激光谐振腔内，则返回的光在激光谐振腔内形成振荡，最终可得到一窄线宽的激光输出。除此之外，将两块光栅配合使用的重要之处还在于RBG和TBG的频谱选择性和角度选择性的可调节性，我们调节两光栅，产生相对失谐量，利用它们的交集(公共部分)进行波长的选择，这样就得到一个带宽更窄的(皮米量级)滤波器。

本发明的优点：(1)采用体布拉格光栅作为波长选择元件，效率高，损耗低；(2)组合式的结构，滤波的精度高，带宽窄(皮米量级)；(3)稳定性好，抗干扰能力强；(4)结构简单，实现容易。

附图说明

图1是窄带滤波器的结构示意图

图2是窄带滤波器做为输出耦合镜的谐振腔示意图

图3输出激光的干涉图样

图中：1、透射式体布拉格光栅(TBG)，2、反射式体布拉格光栅(RBG)，3、入射光，4、经TBG的衍射光，5、经TBG的透射光，6、经RBG的衍射光，7、经RBG的透射光，8、输出的激光，9、激光全反镜(R＝100％)，10、小孔光阑，11、Nd:YLF晶体，12、滤波器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

我们将发明的窄带滤波器(结构示意图如图1)作为激光器的输出耦合镜，进行了实验研究。图2为激光器的结构示意图。本实施例采用Nd:YLF晶体作为激光工作物质，C轴切割；反射式体布拉格光栅衍射效率70％，中心波长1053nm，光谱选择性0.11nm(FWHM)，尺寸5×5mm；透射式体布拉格光栅，最大衍射效率98％，平均衍射效率95％，角度选择性0.05°(FWHM)，中心波长1053nm，尺寸5×5mm。通过实验，我们得到了1053nm的单纵模激光输出(单纵模几率100％)，图3为利用F-P标准具测量得到输出激光的干涉图样。此外在实验中，我们人为的增加了温度(19℃～30℃)、气流和振动影响因素，激光器仍然能够以稳定的单纵模状态运行，并未受到明显的影响，这表明了本发明的窄带滤波器还具有高的稳定性和抗干扰能力。