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CN118899736B - 一种单向角锥环形腔及激光器 - Google Patents

一种单向角锥环形腔及激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种单向角锥环形腔及激光器，该单向角锥环形腔包括：顺次排布的格兰棱镜、第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、第二1/2波片以及偏振片；角锥棱镜的入射方向和出射方向将光路分为上光路和下光路，格兰棱镜均穿设上光路和下光路，第一1/2波片和所述第二1/2波片分别位于格兰棱镜的光路输入侧和光路输出侧；第一磁光晶体和第二磁光晶体分别位于角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧；通过缩小角锥棱镜的尺寸，缩小上下光路之间的间距，并将磁光晶体分为两段，分别排布在角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧，缩短器件横向排布的长度，使得结构更紧凑，体积更小，可应用于拉曼光谱检测等实际应用中。

Description

一种单向角锥环形腔及激光器
技术领域
本发明涉及固体激光器技术领域，尤其涉及一种单向角锥环形腔及激光器。
背景技术
在激光应用中，激光光源要求高脉冲能量、窄线宽、单纵模、高稳定性以及高抗失谐等能力。
其中，单纵模是其中很重要的指标之一，而种子源激光器通常采用环形腔来实现单纵模。传统的注入锁定用到的双角锥谐振腔是实现单向运转的器件。通常为在一侧光路插入隔离装置，隔离装置中包含1/2波片、旋光晶体和偏振片，隔离度好，器件运转稳定，插入损耗小，角锥通常选用的尺寸为底面直径50mm，高度为47mm。
但是，在拉曼光谱检测等实际应用中，需要激光光源体积较小，结构更紧凑的谐振腔，这样越便于对样品进行检测。
因此，如何提供一种体积结构较小的谐振腔是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的单向角锥环形腔及激光器。
本发明提供了一种单向角锥环形腔，包括：
顺次排布的格兰棱镜、第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、第二1/2波片以及偏振片，所述角锥棱镜的高度为10mm，底面直径为12.7mm，所述角锥棱镜按照预设角度放置；
其中，所述角锥棱镜的入射方向和出射方向将光路分为上光路和下光路，所述格兰棱镜均穿设所述上光路和所述下光路，所述第一1/2波片和所述第二1/2分别位于所述格兰棱镜的光路输入侧和光路输出侧；
所述第一磁光晶体与所述第二磁光晶体分别位于所述角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧；
在光路以第一方向运转时，顺次经所述格兰棱镜、所述第一磁光晶体、所述角锥棱镜、所述第二磁光晶体、所述第一1/2波片、所述格兰棱镜、所述第二1/2波片以及所述偏振片，通过调整所述第二1/2波片的角度，控制s分量的输出功率，使得p分量重新按照所述第一方向运转；
在光路以第二方向运转时，顺次经所述偏振片、所述第二1/2波片、所述格兰棱镜、所述第一1/2波片、第二磁光晶体、所述角锥棱镜、所述第一磁光晶体以及所述格兰棱镜，在所述第二磁光晶体的作用下抑制光的透过率，以使光路不可逆，所述第二方向与所述第一方向相反。
优选地：在光路以第一方向运转时，入射光从所述格兰棱镜的一端透射后进入第一磁光晶体，使得所述入射光的偏振方向改变，输出第一偏振光，所述第一偏振光经所述角锥棱镜的反射后出射，进入第二磁光晶体，使得所述第一偏振光的偏振方向改变，输出第二偏振光，所述第二偏振光经所述第一1/2波片，使得所述第二偏振光的偏振方向改变，输出第三偏振光，所述第三偏振光的偏振方向与所述入射光的偏振方向相同，所述第三偏振光透过所述格兰棱镜后经所述第二1/2波片，使得偏振方向改变，得到第四偏振光，所述第四偏振光经所述偏振片后，将s分量反射出去，将p分量透射后重新按照所述第一方向运转；
通过调整所述第二1/2波片的角度，控制所述s分量的输出功率；
在光路以第二方向运转时，经所述偏振片透过后进入所述第二1/2波片，使得偏振方向改变，输出第五偏振光，所述第五偏振光经所述格兰棱镜的透射，输入所述第一1/2波片，使得偏振方向改变，输出第六偏振光，所述第六偏振光在所述第二磁光晶体的作用下抑制光的透过率，使得光路不可逆。
优选地，所述入射光为1550nm的单纵模激光，偏振态为p光。
优选地，在所述角锥棱镜的底面、第一1/2波片的表面、第二1/2波片的表面、第一磁光晶体的两端面以及第二磁光晶体的两端面均镀有增透膜。
优选地，所述第一磁光晶体的长度和所述第二磁光晶体的长度相等或者不相等。
优选地，所述预设角度为：以垂直光学平台面为y轴建立坐标系，将所述角锥棱镜的底面垂直所述光学平台，且所述角锥棱镜的任意两条棱的底端连线与所述y轴平行为基准，以所述角锥棱镜的顶点与底面圆心连线为旋转轴，顺时针旋转33.22°。
优选地，所述角锥棱镜采用k9玻璃。
优选地，所述偏振片为45°偏振片。
第二方面，本发明还提供了一种激光器，包括：
如第一方面中所述的单向角锥环形腔。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种单向角锥环形腔，包括：顺次排布的格兰棱镜、第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、第二1/2波片以及偏振片；其中，角锥棱镜的入射方向和出射方向将光路分为上光路和下光路，格兰棱镜均穿设上光路和下光路，第一1/2波片和所述第二1/2波片分别位于格兰棱镜的光路输入侧和光路输出侧；第一磁光晶体和第二磁光晶体分别位于角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧；在光路以第一方向运转时，顺次经过格兰棱镜，第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、格兰棱镜、第二1/2波片以及偏振片，通过调整第二1/2波片的角度，控制s分量的输出功率，使得p分量重新按照第一方向运转；在光路以第二方向运转时，顺次经偏振片、第二1/2波片、格兰棱镜、第一1/2波片、第二磁光晶体、角锥棱镜、第一磁光晶体以及格兰棱镜，在第二磁光晶体的作用下抑制光的透过率，以使光路不可逆，第二方向与第一方向相反，一方面通过缩小角锥棱镜的尺寸，缩小上下光路之间的间距，另一方面，将磁光晶体分为两段，分别排布在角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧，进而缩短器件横向排布的长度，进而使得结构更紧凑，体积更小，从而方便应用于拉曼光谱检测等实际应用中。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考图形表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本发明实施例中单向角锥环形腔的结构示意图；
图2示出了本发明实施例中角锥棱镜摆放角度的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
实施例一
本发明的实施例提供了一种单向角锥环形腔，如图1所示，包括：
顺次排布的格兰棱镜101、第一磁光晶体102、角锥棱镜103、第二磁光晶体104、第一1/2波片105、第二1/2波片106以及偏振片107，角锥棱镜103的高度为10mm，底面直径为12.7mm，角锥棱镜103按照预设角度放置；
其中，角锥棱镜103的入射方向和出射方向将光路分为上光路和下光路，格兰棱镜101均穿设该上光路和下光路，第一1/2波片105和第二1/2波片106分别位于格兰棱镜101的光路输入侧和光路输出侧；
第一磁光晶体102与第二磁光晶体104分别位于角锥棱镜103的光路输入侧和光路输出侧；
在该单向角锥环形腔内，光路以第一方向运转时，顺次经格兰棱镜101、第一磁光晶体102、角锥棱镜103、第二磁光晶体104、第一1/2波片105、格兰棱镜101、第二1/2波片106以及偏振片107，通过调整第二1/2波片105的角度，控制s分量的输出功率，使得p分量重新按照第一方向运转；
在该单向角锥环形腔内，光路以第二方向运转时，顺次经过偏振片107、第二1/2波片105、格兰棱镜101、第一1/2波片102、第二磁光晶体104、角锥棱镜103、第一磁光晶体102以及格兰棱镜，在第二磁光晶体104的作用下抑制光的透过率，以使光路不可逆，第二方向与第一方向相反。
在具体的实施方式中，通过将该单向角锥环形腔的结构排布紧凑，从横向和纵向上均进行缩小，使得整体体积缩小。
具体地，一方面本发明采用的角锥棱镜103尺寸更小，具体地，角锥棱镜的高度为10mm，底面直径为12.7mm。使得入射进入角锥棱镜103的光路和出射角锥棱镜103的光路之间的间距缩短。另一方面，将第一磁光晶体102和第二磁光晶体104分别排布在入射角锥棱镜103的光路和出射角锥棱镜103的光路，有效减小了环形腔的横向排布尺寸。
其中，第一磁光晶体102的长度与第二磁光晶体104的长度不同，但是，为了使得环形腔的尺寸更小，将第一磁光晶体102的长度与第二磁光晶体104的长度设置为相同。
将第一磁光晶体102的长度与第二磁光晶体104的长度设置为相同或者不同的方式，相较于采用一根磁光晶体能够缩小环形腔的尺寸。
下面对光路在该环形腔内的运转进行详细描述：
如图1所示，在光路以第一方向运转时，入射光从格兰棱镜101的一端透射后进入第一磁光晶体102，使得入射光的偏振方向改变，输出第一偏振光，第一偏振光经角锥棱镜103的反射后出射，进入第二磁光晶体104，使得第一偏振光的偏振方向改变，输出第二偏振光，第二偏振光经过第一1/2波片，使得第二偏振光的偏振方向改变，输出第三偏振光，第三偏振光的偏振方向与入射光的偏振方向相同，第三偏振光透过格兰棱镜101后经第二1/2波片，使得偏振方向改变，得到第四偏振光，第四偏振光经偏振片103后，将s分量反射出去，将p分量透射后重新按照第一方向运转；其中，通过调整第二1/2波片的角度，控制s分量的输出功率。
如图2所示，在光路以第二方向运转时，经偏振片107透过后进入第二1/2波片106，使得偏振方向改变，输出第五偏振光，第五偏振光经格兰棱镜101的透射，输入第一1/2波片105，使得偏振方向改变，输出第六偏振光，第六偏振光在第二磁光晶体104的作用下抑制光的透过率，使得光路不可逆。
虽然，经过第二磁光晶体104之后，有少量的光透过，但是，损耗大，无法起振。 从而达到在第一方向的光路中，输出功率可调。
在一种可选的实施方式中，该入射光为1550nm的单纵模激光，偏振态为p光。
在一种可选的实施方式中，在角锥棱镜103的底面、第一1/2波片105的表面、第二1/2波片106的表面、第一磁光晶体102的两端面以及第二磁光晶体104的两端面均镀有增透膜，以降低光的反射损耗。
在一种可选的实施方式中，该预设角度为：以垂直光学平台为y轴建立坐标系，将角锥棱镜103的底面垂直光学平台，且角锥棱镜103的任意两条棱的底端连线与y轴平行为基准，以角锥棱镜103的顶点与底面圆心连线为旋转轴，顺时针旋转33.22°，如图2所示的摆放角度，以任意两条棱的底端连线AB为例。将以这种角度摆放的角锥棱镜103确定为满足预设角度。采用这样的摆放方式可以在入射该角锥棱镜103的光为s光时，出射光的偏振态仍最大限度保持为线偏振光。
在一种可选的实施方式中，角锥棱镜103采用k9玻璃，使得该材质的角锥棱镜103对1550nm的激光具有一定程度的吸收，通过实验测得该角锥棱镜103的透过率为92%。
在一种可选的实施方式中，该偏振片107为45°偏振片。进而在光入射至偏振片107时，反射的s分量与入射的方向呈90°，透射的p分量直接经偏振片107输出。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供了一种单向角锥环形腔，包括：顺次排布的格兰棱镜、第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、第二1/2波片以及偏振片；其中，角锥棱镜的入射方向和出射方向将光路分为上光路和下光路，格兰棱镜均穿设上光路和下光路，第一1/2波片和所述第二1/2波片分别位于格兰棱镜的光路输入侧和光路输出侧；第一磁光晶体和第二磁光晶体分别位于角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧；在光路以第一方向运转时，顺次经过格兰棱镜，第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、格兰棱镜、第二1/2波片以及偏振片，通过调整第二1/2波片的角度，控制s分量的输出功率，使得p分量重新按照第一方向运转；在光路以第二方向运转时，顺次经偏振片、第二1/2波片、格兰棱镜、第一1/2波片、第二磁光晶体、角锥棱镜、第一磁光晶体以及格兰棱镜，在第二磁光晶体的作用下抑制光的透过率，以使光路不可逆，第二方向与第一方向相反，一方面通过缩小角锥棱镜的尺寸，缩小上下光路之间的间距，另一方面，将磁光晶体分为两段，分别排布在角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧，进而缩短器件横向排布的长度，进而使得结构更紧凑，体积更小，从而方便应用于拉曼光谱检测等实际应用中。
实施例二
本发明还提供了一种激光器，包括：
实施例一中所述的单向角锥环形腔。
该激光器还包括激励源以及激光工作介质，通过单向角锥环形腔的作用，将激光按照预设功率进行输出。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种单向角锥环形腔，其特征在于，包括：
顺次排布的格兰棱镜、第一磁光晶体、角锥棱镜、第二磁光晶体、第一1/2波片、第二1/2波片以及偏振片，所述角锥棱镜的高度为10mm，底面直径为12.7mm，所述角锥棱镜按照预设角度放置；
其中，所述角锥棱镜的入射方向和出射方向将光路分为上光路和下光路，所述格兰棱镜均穿设所述上光路和所述下光路，所述第一1/2波片和所述第二1/2分别位于所述格兰棱镜的光路输入侧和光路输出侧；
所述第一磁光晶体与所述第二磁光晶体分别位于所述角锥棱镜的光路输入侧和光路输出侧；
在光路以第一方向运转时，顺次经所述格兰棱镜、所述第一磁光晶体、所述角锥棱镜、所述第二磁光晶体、所述第一1/2波片、所述格兰棱镜、所述第二1/2波片以及所述偏振片，通过调整所述第二1/2波片的角度，控制s分量的输出功率，使得p分量重新按照所述第一方向运转；
在光路以第二方向运转时，顺次经所述偏振片、所述第二1/2波片、所述格兰棱镜、所述第一1/2波片、第二磁光晶体、所述角锥棱镜、所述第一磁光晶体以及所述格兰棱镜，在所述第二磁光晶体的作用下抑制光的透过率，以使光路不可逆，所述第二方向与所述第一方向相反。
2.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于：
在光路以第一方向运转时，入射光从所述格兰棱镜的一端透射后进入第一磁光晶体，使得所述入射光的偏振方向改变，输出第一偏振光，所述第一偏振光经所述角锥棱镜的反射后出射，进入第二磁光晶体，使得所述第一偏振光的偏振方向改变，输出第二偏振光，所述第二偏振光经所述第一1/2波片，使得所述第二偏振光的偏振方向改变，输出第三偏振光，所述第三偏振光的偏振方向与所述入射光的偏振方向相同，所述第三偏振光透过所述格兰棱镜后经所述第二1/2波片，使得偏振方向改变，得到第四偏振光，所述第四偏振光经所述偏振片后，将s分量反射出去，将p分量透射后重新按照所述第一方向运转；
通过调整所述第二1/2波片的角度，控制所述s分量的输出功率；
在光路以第二方向运转时，经所述偏振片透过后进入所述第二1/2波片，使得偏振方向改变，输出第五偏振光，所述第五偏振光经所述格兰棱镜的透射，输入所述第一1/2波片，使得偏振方向改变，输出第六偏振光，所述第六偏振光在所述第二磁光晶体的作用下抑制光的透过率，使得光路不可逆。
3.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于，所述入射光为1550nm的单纵模激光，偏振态为p光。
4.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于，在所述角锥棱镜的底面、第一1/2波片的表面、第二1/2波片的表面、第一磁光晶体的两端面以及第二磁光晶体的两端面均镀有增透膜。
5.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于，所述第一磁光晶体的长度和所述第二磁光晶体的长度相等或者不相等。
6.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于，所述预设角度为：以垂直光学平台面为y轴建立坐标系，将所述角锥棱镜的底面垂直所述光学平台，且所述角锥棱镜的任意两条棱的底端连线与所述y轴平行为基准，以所述角锥棱镜的顶点与底面圆心连线为旋转轴，顺时针旋转33.22°。
7.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于，所述角锥棱镜采用k9玻璃。
8.如权利要求1所述的单向角锥环形腔，其特征在于，所述偏振片为45°偏振片。
9.一种激光器，其特征在于，包括：
如权利要求1~8中任一权项所述的单向角锥环形腔。
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