一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及全固態(tài)激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]全固態(tài)激光器已廣泛應用于相干通訊、激光雷達、引力波探測和科學研究等領(lǐng)域，近年來人們對激光器的輸出光功率及其穩(wěn)定性提出了更高的要求，即高功率高穩(wěn)定性激光輸出。為了穩(wěn)定激光器輸出功率，可以通過提高機械穩(wěn)定性、控制栗浦功率或者在諧振腔內(nèi)或腔外引入損耗來實現(xiàn)。目前，穩(wěn)定激光功率的方法有以下幾種:
[0003]1.通過合理的設(shè)計，提高激光器系統(tǒng)的機械穩(wěn)定性，從而提高激光器輸出功率的穩(wěn)定性；
[0004]2.采用光電負反饋法控制栗浦激光二極管驅(qū)動電流，控制栗浦功率，進而穩(wěn)定激光器功率；
[0005]3.采用光電負反饋法控制置于輸出光束中的功率控制器實現(xiàn)。功率控制器通常為電光調(diào)制晶體或聲光調(diào)制晶體，電光調(diào)制晶體是利用其泡克爾斯效應調(diào)制激光束的投射功率，聲光調(diào)制晶體是基于聲光調(diào)制原理，通過改變其射頻驅(qū)動電壓來改變激光通過調(diào)制器的衍射效率?？刂葡到y(tǒng)將反饋信號反饋給調(diào)制晶體，補償功率的變化，達到穩(wěn)定激光功率的目的；
[0006]4.采用光電負反饋法控制磁控式鏡片平移裝置帶動激光器的全反射鏡前后移動改變腔長，進而改變諧振腔的損耗，實現(xiàn)對激光輸出功率的改變。
[0007]上述穩(wěn)定激光功率的方法中，提高激光器機械穩(wěn)定性的方式，具有一定的局限性，激光功率仍然會隨外界環(huán)境的改變而變化；控制栗浦激光二極管驅(qū)動電流或利用磁控式鏡片平移裝置的方式，在穩(wěn)定激光功率的同時會影響輸出光波長的穩(wěn)定性，不太適用于對激光功率和頻率穩(wěn)定性都有較高要求的情況；控制置于輸出光束中的功率控制器的方式，裝置設(shè)計復雜，成本高，對輸出光功率有一定的損耗，另外，由于電光調(diào)制晶體的光損傷閾值較低，不適用于高功率激光器系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于為實現(xiàn)在高功率激光器系統(tǒng)中穩(wěn)定激光輸出功率且減小對激光頻率穩(wěn)定性的影響，提供一種設(shè)計簡單、成本低廉的高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器。
[0009]本發(fā)明提供的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，包括全固態(tài)激光器、λ/2波片、偏振分光器、光電探測器、PID控制器及溫度控制器；所述的全固態(tài)激光器，在其諧振腔內(nèi)插入了非線性倍頻晶體；全固態(tài)激光器的輸出光束依次通過λ/2波片和偏振分光器；偏振分光器的透射光束作為系統(tǒng)的輸出光；偏振分光器的反射光束進入光電探測器，光電探測器的輸出端連接PID控制器，PID控制器的輸出端連接溫度控制器，溫度控制器用于控制激光器內(nèi)非線性倍頻晶體的溫度，所述的PID控制器內(nèi)部含有鎖定點設(shè)定電路，其設(shè)定的參考電壓值與系統(tǒng)設(shè)定的輸出功率值對應。
[0010]所述的非線性倍頻晶體優(yōu)選為三硼酸鋰晶體。
[0011]所述的全固態(tài)激光器可以是行波腔或駐波腔全固態(tài)激光器。
[0012]所述的全固態(tài)激光器的栗浦方式可以是端面栗浦或側(cè)面栗浦。
[0013]所述的λ/2波片和偏振分光器能夠使大部分激光透過偏振分束器作為光功率穩(wěn)定后的輸出，只有小部分激光反射進入探測器用于反饋控制。
[0014]所述的溫度控制器應具有較大的溫度控制范圍和較高的控溫穩(wěn)定性。
[0015]本發(fā)明所述的全固態(tài)激光器，在其諧振腔內(nèi)插入的非線性倍頻晶體，可以實現(xiàn)I類非臨界相位匹配，部分基頻光轉(zhuǎn)化為倍頻光。在此過程中，倍頻晶體的倍頻轉(zhuǎn)化效率隨其工作溫度的變化而變化。由單頻激光器起振條件可知，倍頻晶體的倍頻轉(zhuǎn)化效率發(fā)生改變時，諧振腔內(nèi)基頻光光強會發(fā)生相應改變，從而使得激光器的輸出功率也會隨倍頻晶體工作溫度的變化而變化，其變化關(guān)系如圖2所示。從圖中可以看出，在I類非臨界相位匹配條件下，倍頻晶體的工作溫度高于或低于最佳匹配溫度的區(qū)間內(nèi)，激光器輸出功率隨倍頻晶體的工作溫度均單調(diào)變化，因此，可以選取其中一個區(qū)間作為功率穩(wěn)定范圍。
[0016]本發(fā)明所述的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，其穩(wěn)定性的實現(xiàn)過程:全固態(tài)激光器的輸出光束依次經(jīng)過λ/2波片和偏振分光器后，被分成偏振方向相互垂直的兩束光；透射光作為系統(tǒng)的輸出光束；反射光經(jīng)光電探測器轉(zhuǎn)換為相應的電信號后作為實測信號輸入PID控制器；PID控制器將實測信號與設(shè)定的輸出功率對應的參考電壓信號比較后產(chǎn)生誤差信號，該誤差信號經(jīng)模擬PID電路后產(chǎn)生控制信號^#PID控制器產(chǎn)生的控制信號輸入至溫度控制器的溫度設(shè)定端，改變溫度控制器的溫度設(shè)定值，控制激光諧振腔內(nèi)非線性倍頻晶體的工作溫度，使輸出光功率保持穩(wěn)定。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點和有益效果:
[0018](I)本發(fā)明提供的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，在諧振腔內(nèi)插入了非線性倍頻晶體，通過控制非線性倍頻晶體的非線性轉(zhuǎn)化損耗，減小激光器輸出功率的波動，提高了激光器輸出功率的穩(wěn)定性。
[0019](2)本發(fā)明提供的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，不需要在激光器外增加額外的光學穩(wěn)定裝置即可實現(xiàn)激光器功率的穩(wěn)定輸出，本發(fā)明設(shè)計簡單，成本低廉。
[0020](3)本發(fā)明提供的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器適宜于任何腔型結(jié)構(gòu)的固體激光器。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明所述的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1_全固態(tài)激光器，2-λ/2波片，3-偏振分光器，4-光電探測器，5-PID控制器，6-溫度控制器，18-非線性倍頻晶體。
[0022]圖2為激光器輸出功率隨非線性倍頻晶體工作溫度的變化曲線。
[0023]圖3為本發(fā)明激光二極管端面栗浦的“8”字四鏡環(huán)形腔全固態(tài)連續(xù)單頻激光器。
[0024]圖4為本發(fā)明激光二極管雙端栗浦的“8”字四鏡環(huán)形腔全固態(tài)連續(xù)單頻激光器。
[0025]圖5為本發(fā)明激光二極管側(cè)面栗浦的六鏡環(huán)形腔全固態(tài)連續(xù)單頻激光器。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步說明:
[0027]如圖1所示的一種高穩(wěn)定性的全固態(tài)激光器，包括全固態(tài)激光器1、λ/2波片2、偏振分光器3、光電探測器4、PID控制器5及溫度控制器6 ;所述的全固態(tài)激光器，在其諧振腔內(nèi)插入了非線性倍頻晶體18 ;全固態(tài)激光器I的輸出光束依次通過λ/2波片2和偏振分光器3 ;偏振分光器3的透射光束作為系統(tǒng)的輸出光；偏振分光器3的反射光束進入光電探測器4，光電探測器4的輸出端連接PID控制器5，PID控制器5的輸出端連接溫度控制器6，溫度控制器6用于控制激光器內(nèi)非線性倍頻晶體18的溫度。
[0028]旋轉(zhuǎn)λ/2波片使約百分