实现增益光栅分布反馈布拉格一级激光输出的泵浦方法 所属技术领域
本发明涉及一种实现增益光栅分布反馈布拉格一级激光输出的泵浦方法。
背景技术
近几年来，具有窄线宽，可调谐特性的增益光栅分布反馈激光器由于其宽广的潜在应用范围而越来越受到关注。分布反馈激光器与传统激光器比较有其显著的特点。传统激光器需要设计激光腔来形成激光振荡，而分布反馈激光器不需要激光腔，它是由激光增益介质中形成的增益光栅或折射率光栅充当类似激光腔镜的反馈作用，而直接在增益区的两端输出激光，输出激光波长满足布拉格条件(Bragg scattering condition)λ0＝2nΛ/M，λ0为输出光波在真空中的波长，n为激光介质折射率，Λ为增益光栅或折射率光栅的条纹间距，M是布拉格级次。通过改变Λ可获得可调谐激光输出，而Q脉冲泵浦的增益光栅分布反馈激光器还可获得ps可调谐脉冲输出。与传统的锁模激光器和窄线宽激光器相比，可调谐分布反馈激光器不需要任何复杂的色散补偿光学系统和色散元件，因而结构紧凑，使用简单。然而，增益光栅分布反馈激光器也存在很大缺陷，对于很多激光介质，由于泵浦波长所决定的增益光栅间距和可调谐输出波长无法用布拉格一级条件匹配而只能用二级或更高级的布拉格条件，而高级布拉格条件对应较弱的布拉格耦合，使激光器转换效率大大降低。(Xiaolei Zhu andDennis Lo：Chin.Opt.Lett.1(2003)99)这就使得增益光栅分布反馈激光器难以得到应用。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种实现增益光栅分布反馈布拉格一级激光输出的泵浦方法，使得绝大多数情况下对于上述一般情况下必须采用布拉格二级或高级衍射条件的激光介质仍满足布拉格一级衍射条件，获得高效率的激光输出。
为了达到上述目的，本发明采用地技术方案如下：
将泵浦光通过棱镜两斜面耦合到激光介质，棱镜底面和激光介质的接触关系是棱镜和激光介质的致密结合；或棱镜底面和激光介质间通过折射率匹配物质结合；两束泵浦光从棱镜两斜面入射，并透过棱镜在激光介质中干涉，在泵浦区形成长条形增益光栅，分布反馈激光从长条形泵浦区两端输出窄线宽激光，改变两束泵浦光在棱镜中的夹角2θ，可改变输出激光波长即实现了可调谐。
所说的棱镜为等腰棱镜，其参数设计方法：假定泵浦光波长为λp及激光介质输出波长为λ0，激光介质折射率为n0，两干涉光束在棱镜中夹角为2θ，选择折射率n1为1.45～1.8的对泵浦光透明无吸收材料，计算能否找到合适的θ满足公式(n1λ0 sin(θ))/n0＝λp，若有，则可选取折射率为n1的材料制备棱镜，所谓合适的θ为25°-65°，能采用布拉格二级衍射条件的激光介质总能找到合适θ满足此公式，棱镜底边长度需大于泵浦区长度，并对其两斜面进行镀膜处理，使其对波长λp高透。
所说的激光介质为所有可光泵激光介质。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：对于由于波长匹配问题而不能正常实现分布反馈一级输出的激光介质，本发明使其分布反馈一级输出仍可实现，并能降低泵浦阈值，显著提高转换效率。例如：对于532nm泵浦的R6G一二级输出的理论计算可知，阈值可降低到1/2左右，若泵浦光功率在其二级阈值附近，一级输出脉冲峰值功率比二级输出大一个数量级，输出ps脉冲宽度约为二级输出的1/2，若泵浦光功率为两倍的二级阈值，一级输出脉冲峰值功率为二级输出的5倍左右，输出ps脉冲宽度相近
【附图说明】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1棱镜和激光介质结合的一种情况；
图2棱镜和激光介质结合的另一种情况；
图3泵浦光及分布反馈激光示意图。
【具体实施方式】
将泵浦光通过棱镜1两斜面耦合到激光介质2，棱镜1底面和激光介质2的接触关系是棱镜1和激光介质2的致密结合；或棱镜1底面和激光介质2间通过折射率匹配物质3结合；两束泵浦光从棱镜两斜面入射，并透过棱镜在激光介质2中干涉，在泵浦区4形成长条形增益光栅，分布反馈激光从长条形泵浦区4两端输出窄线宽激光，改变两束泵浦光在棱镜中的夹角2θ，可改变输出激光波长即实现了可调谐。
所说的棱镜1为等腰棱镜，其参数设计方法：假定泵浦光波长为λp及激光介质输出波长为λ0，激光介质折射率为n0，两干涉光束在棱镜中夹角为2θ，选择折射率n1为1.45～1.8的对泵浦光透明无吸收材料，计算能否找到合适的θ满足公式(n1λ0 sin(θ))/n0＝λp，若有，则可选取折射率为n1的材料制备棱镜，所谓合适的θ为25°-65°，能采用布拉格二级衍射条件的激光介质总能找到合适θ满足此公式，棱镜底边长度需大于泵浦区4长度，并对其两斜面进行镀膜处理，使其对波长λp高透。
所说的激光介质2为所有可光泵激光介质。
增益光栅分布反馈激光器布拉格一级输出泵浦方法是将泵浦光用一等腰棱镜1过度，把泵浦方法由原来的泵浦光直接从空气介质照射到激光介质改为通过棱镜耦合到激光介质2，从而在不影响激光介质对泵浦光吸收的条件下变相的改变了入射到激光介质的泵浦光波长，使得布拉格一级输出条件得到满足。其中关键是棱镜和激光介质的接触关系，主要有两种方式，一种是棱镜1和激光介质2的致密结合即棱镜底面和激光介质平面间没有第三层介质(如图1所示)。激光介质可以是固体或液体。另一种情况是棱镜1和激光介质2间通过某种折射率的物质3结合(如图2所示)，这种物质可以是液体或胶体，其关键是它能够和棱镜底边和激光介质平面很好的结合。这种情况主要用来解决棱镜和激光介质难以致密结合的问题。如图3a、b所示为泵浦光和分部反馈激光的情况，两束泵浦光(由同一束激光分光而来)从棱镜两斜面入射，并透过棱镜在激光介质中干涉，在泵浦区形成长条形增益光栅，分布反馈激光从长条形泵浦区两端输出窄线宽激光，若改变两束泵浦光的夹角，可改变输出激光波长即实现了可调谐。
实施例1：
激光介质为钛宝石(折射率为1.76，激光中心波长大约在790nm)，用波长为532nm的调Q脉冲泵浦，选用折射率为1.795，SF11为材料的棱镜。钛宝石和SF11棱镜间采用匹配液(图2)的方法结合，匹配液选为折射率为1.58的甲苯和α-溴代萘混合液。根据棱镜参数设计方法计算可知θ为41度。则可选用θ为45度，底边长度略长于钛宝石晶体的等腰直角棱镜，并将其两直角面度膜，使得对泵浦光增透。根据532nm泵浦的钛宝石一二级输出的理论计算，一级输出阈值可降低到二级输出的2/3左右，若泵浦光功率在其二级阈值附近，一级输出脉冲峰值功率比二级输出大一个数量级(60Mw左右)，输出ps脉冲宽度约为二级输出的1/2(50ps左右)，若泵浦光功率为两倍的二级阈值，一级输出脉冲峰值功率为二级输出的5倍左右(120Mw)，输出ps脉冲宽度相近(40ps左右)。
实施例2：
激光介质为液态染料R6G(折射率为1.44，激光中心波长大约在590nm)，用波长为532nm的调Q脉冲泵浦，选用折射率为1.52的K8光学玻璃为材料的棱镜。液态R6G和棱镜间采用图1所示的方法结合。根据棱镜参数设计方法计算可知θ为58.7度。则可选用θ为60度，底边长度为1-2cm的等边三棱镜，并将其两斜面度膜，使得对泵浦光增透。根据532nm泵浦的R6G一二级输出的理论计算，阈值可降低到1/2左右，若泵浦光功率在其二级阈值附近，一级输出脉冲峰值功率比二级输出大一个数量级，输出ps脉冲宽度约为二级输出的1/2，若泵浦光功率为两倍的二级阈值，一级输出脉冲峰值功率为二级输出的5倍左右，输出ps脉冲宽度相近。
实施例3：
激光介质为固态染料Rhodamine B(折射率为1.49，激光中心波长大约在600nm)，用波长为532nm的调Q脉冲泵浦，选用折射率为1.52的K8光学玻璃为材料的棱镜。采用现有的固态染料制备方法，将固态染料Rhodamine B和棱镜间采用图1所示的方法结合，并将固态染料有光输出的面抛光。根据棱镜参数设计方法计算可知θ为60.4度。则可选用θ为60度，底边长度为1cm左右的等边棱镜，并将其两边角面度膜，使得对泵浦光增透。根据532nm泵浦的Rhodamine B一二级输出的理论计算，可得到实施例1，2类似的结果。