[发明专利]一种直接产生涡旋光束以及拍频的微片激光器

说明书

本发明提供了一种直接产生涡旋光束以及拍频的微片激光器，能够直接产生涡旋光束的同时输出拍频，结构更加简单、紧凑，输出稳定。本发明采用具有圆对称性端面冷却结构的晶体外壳为双偏振微型激光腔提供圆对称的温度梯度场分布，能够直接产生涡旋光束；再利用微片双折射晶体将激光分裂为垂直偏振的双频激光，并且两个频率具有不同的横模模式，其中一个为LG₀₁模，另一个为基横模。本发明不需要特殊的泵浦源与光束控制元件，可以直接产生涡旋光束，而且涡旋光与正交偏振的基横模可以产生稳定的拍频；具有微片结构的增益晶体和双折射晶体，横截面积与厚度都可以控制在毫米量级，极大的缩小了直接产生涡旋光的激光器的体积，有利于集成化的工业应用。

技术领域

本发明属于双频微片激光技术领域，具体涉及一种直接产生涡旋光束以及拍频的微片激光器。

背景技术

近几十年对于微片激光器输出特性研究工作帮助我们对激光的物理性质有了更深入的理解，尤其是固体激光器。双频微片激光器输出光载有微波或太赫兹波成分，在激光雷达探测和光通信方面有着重要的应用。

近年来，由微片激光器直接产生涡旋光束引起了人们的广泛关注。现在直接产生涡旋光束的方式主要有两种：一种是利用环形泵浦源，另一种是在谐振腔中引入低阶模式损耗，前者可以看作增益控制，后者是损耗控制；但是环形泵浦源结构复杂，使得激光器整体结构不够紧凑；在谐振腔中引入低阶模式损耗会导致激光器器件较多，结构也比较复杂，稳定性也难以保证。现有的直接产生涡旋光束难以满足小型化和高稳定性的要求。

另外，直接产生涡旋光束的同时有双频拍频效应在双频激光探测领域将发挥出独特的应用价值，双频频差能够测量被测目标的距离与径向速度信息，而涡旋光束能够测量目标的自转角速度甚至是切向速度信息。因此，将双频激光与涡旋光束相融合的技术在探测领域具有巨大的应用价值，有希望成为下一代激光雷达探测技术的主流。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种直接产生涡旋光束以及拍频的微片激光器，能够直接产生涡旋光束的同时输出拍频，结构更加简单、紧凑，输出稳定。

本发明提供了一种直接产生涡旋光束以及拍频的微片激光器，包括泵浦源、双折射晶体、增益晶体和第一谐振腔镜、第二谐振腔镜以及晶体外壳；

其中，双折射晶体和增益晶体贴合在一起形成复合晶体，双折射晶体和增益晶体均采用微片结构；

所述复合晶体一端镀膜形成第一谐振腔镜，另一端镀膜形成第二谐振腔镜，第一谐振腔镜对泵浦光高透，对振荡激光高反，第二谐振腔镜对振荡激光部分透射；所述复合晶体嵌入晶体外壳中，晶体外壳与复合晶体端面的贴合部分采用圆对称分布的凸台结构，凸台中心设有第一通光孔，晶体外壳上与第一通光孔相对的一侧设有第二通光孔，输出激光通过第二通光孔输出；

泵浦源用于产生泵浦光，泵浦光通过第一通光孔的中心以圆形光斑正入射增益晶体；双折射晶体用于将激光分裂为垂直偏振的双频激光。

其中，所述晶体外壳中设有凹槽以及夹片，复合晶体嵌入凹槽中，并通过夹片固定。

其中，所述晶体外壳为金属外壳，采用端面贴合热传导方式，将热量直接从复合晶体端面传导至金属外壳上。

其中，所述晶体外壳与温控装置相连，用于控制复合晶体的温度。

有益效果：

本发明采用具有圆对称性端面冷却结构的晶体外壳为双偏振微型激光腔提供圆对称的温度梯度场分布，能够直接产生涡旋光束；再利用微片双折射晶体将激光分裂为垂直偏振的双频激光，并且两个频率具有不同的横模模式，其中一个为LG₀₁模，另一个为基横模。本发明不需要特殊的泵浦源与光束控制元件，可以直接产生涡旋光束，而且涡旋光与正交偏振的基横模可以产生稳定的拍频；具有微片结构的增益晶体和双折射晶体，横截面积与厚度都可以控制在毫米量级，极大的缩小了直接产生涡旋光的激光器的体积，有利于集成化的工业应用。