单纵模激光器浅析
发布人:新特光电 时间:2017-12-20 关注:

单纵模激光器,也属于单频半导体激光器、窄线宽稳频激光器、倍频激光器,它的特点是输出的激光模式既满足单横模又满足单纵模,其谐振腔内部只有单一纵模进行震荡,并且输出光强呈现高斯分布。除了激光本身良好的单色性和方向性外,单频激光器拥有普通激光器难以达到的相干长度长、谱线宽度窄的特点。单纵模激光器凭借它光束质量好、相干长度长、谱线宽度窄的特点在激光雷达、激光测距、激光遥感、全息影像、激光医疗、光谱学、光频标准和非线性光学频率变换等领域中具有广泛的应用。其中小型红光单纵模激光器在精密测量、全息、照片冲印等领域有着重要的应用前景。通常来说,获得单频激光器的方案主要有以下几种:环形腔,短腔法,腔内插入选模元件,扭转模,预激光,种子注入等。通常来说,获得单频激光器的方案主要有以下几种:环形腔,短腔法,腔内插入选模元件,扭转模,预激光,种子注入等。

单纵模激光器的结构组成

1、激光工作介质

单纵模激光器激光的产生必须选择合适的工作介质,可以是气体、液体、固体或半导体。在这种介质中可以实现粒子数反转,以制造获得激光的必要条件。显然亚稳态能级的存在,对实现粒子数反转世非常有利。现有行业领先的单纵模激光器工作介质近千种,可产生的激光波长包括从真空紫外道远红外,非常广泛。

2、激励源

为了使工作介质中出现粒子数反转,必须用一定的方法去激励原子体系,使处于上能级的粒子数增加。一般单纵模激光器可以用气体放电的办法来利用具有动能的电子去激发介质原子,称为电激励;也可用脉冲光源来照射工作介质,称为光激励;还有热激励、化学激励等。各种激励方式被形象化地称为泵浦或抽运,为了不断得到激光输出,必须不断地“泵浦”以维持处于上能级的粒子数比下能级多。

3、谐振腔

有了合适的工作物质和激励源后,可实现粒子数反转,但这样产生的受激辐射强度很弱,无法实际应用,于是人们就想到了用光学谐振腔进行放大。所谓光学谐振腔,实际是在单纵模激光器两端,面对面装上两块反射率很高的镜。一块几乎全反射,一块光大部分反射、少量透射出去,以使单纵模激光器激光可透过这块镜子而射出。被反射回到工作介质的光,继续诱发新的受激辐射,光被放大。因此光在谐振腔中来回振荡造成连锁反应,雪崩似的获得放大,产生强烈的激光,从部分反射镜子一端输出。

单纵模的选频方法

  1. 短腔长法,缩短谐振腔长使纵模间隔大于增益曲线。
  2. 色散腔法,在谐振腔内加入棱镜或光栅构成色散腔,使只有某一特定频率的纵模能够振荡。
  3. 标准具法,在谐振腔内插入一参数合适的标准具,使只有单一纵模能通过标准具振荡。
  4. 滤光片法,在腔内插入一双折射滤光片,使通过滤光片的光频率间隔大于增益线宽。

单横模的实现方法

获得单横模的主要方法是采取适当措施抑制高阶横模,保证谐振腔内只有基横模能够振荡,以保证单横模输出。

单纵模激光器的优点

  1. 单纵模激光器中,光纤既是激光介质又是光的导波介质,因此泵浦光的耦合效率相当高,加上单纵模激光器能方便地延长增益长度,能重复利用泵浦;因此单纵模激光器增益高,噪声小,光纤到光纤的耦合技术非常成熟,连接损耗小且增益与偏振无关;
  2. 激光器的几何形状具有很大的表面积/体积比,散热快,它的工作物质的热负荷相当小,能产生高亮度和高峰值功率;而单纵模激光器可以在很宽的光谱范围内设计运行加上的荧光谱相当宽,在这种设备之中插入符合要求的波长选择器即可得到可调谐单纵模激光器;
  3. 单纵模激光器容易实现单频运转和超短脉冲等不同的模式,单纵模激光器的光束质量好,具有较好的单色性、方向性和温度稳定性,拥有普通激光器难以达到的相干长度长、谱线宽度窄的特点
  4. 单纵模激光器所基于的工艺现在已经十分稳定且突出,因此可以制作出高精度低损耗的产品,大大降低了激光器的成本。
  5. 单纵模激光器的体积小结构简单,工作物质为柔性介质可设计得相当小巧灵活使用方便;

单纵模是指谐振腔内只有单一纵模能稳定的存在,而其他模式被抑制从而因腔损耗而无法产生谐振。一般采用缩短腔长和光栅等方法实现单纵模输出,缩短腔长可以增大纵模之间的差距,从而减少腔内的纵模存在数量,但线宽一般还是比较宽。另一种方法是通过光栅的波长选择特性来达到单纵模输出,可以达到真正意义上的单个模式输出。

新特光电代理的英国Uniklasers的单纵模激光器,波长覆盖:266nm-1064nm;是采用专利技术BRaMMS技术研发,具有如下优点:可提供从深UV到NIR 的所有波长,低嗓,无锁模损耗,长时间运行不会产生模式跳跃,相干长度大于 100m,光斑尺寸小,发散角小,无嗓音,光束稳定,降低激光器的功率,无风扇要求,程度降低成本,无需水冷等。

单频激光器,单纵模激光器,窄线宽激光器
技术特点 优点 详情
高效二倍频转换 灵活功率输出 10倍于主流设计的转换效率
反馈锁定连续单模输出 低噪音,无模式跳跃 <0.1%rms,<1MHz line width
长的相干距离,>100m 适用于广泛的应用 从生物医学到众多度量相关应用
高斯光束 衍射极限光斑大小 TEM00,<1mrad
多重点的稳定热控制 高光束指向稳定性 <5µrad/ ºC
低功耗 无需风扇,激光头散热需求小 功耗小于20W,是相同输出功率下最小功耗。
极度紧凑结构,激光头与控制器分离结构 基板尺寸极大缩小 激光头50*50*120mm

 

控制器170*53.5*163mm

单频激光器激光器参数

参数 >单位 >数值
>输出功率 >mW >10-3000(取决于波长)
>波长 >nm >266-1064
>光斑直径,TEM00 >mm >1
>光束发散角 >mrad ><1,衍射受限
>光束指向稳定性 >μrad/℃ >≤5
>纵波模式结构 >SLM
>线宽 >MHz ><0.5
>谱线稳定性 >MHz(pm) >±50(±0.2)@4小时
>相干长度 >m >>100(1000m可选)
>模式跳跃调节范围 >GHz >25-30(选配)
>偏振 >垂直;≥100:1
>输出噪音 >% >≤0.5rms, ≤1.5p-p(10Hz-10MHz)
单纵模激光器稳定性测试结果

单频激光器稳定性测试结果

单纵模激光器激光器内部

激光器内部

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