基于内腔双折射晶体走离效应的柱矢量脉冲激光器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及激光器的技术领域，尤其设及一种基于内腔双折射晶体走离效应的柱 矢量脉冲激光器。
【背景技术】
[0002] 柱矢量偏振光束的光强和偏振态都呈轴对称分布。径向偏振光束和切向偏振光束 是两种最常见的柱矢量偏振光束。径向偏振光束中各点的偏振方向沿半径方向分布，而切 向偏振光束中各点的偏振方向沿垂直于半径的方向分布，如图1所示。高数值孔径透镜聚 焦柱矢量偏振光束时能得到更小的聚焦点，可W用于高分辨率成像。另外，柱矢量偏振光束 在电子加速、激光微操作、激光金属加工等领域也有着广泛的应用前景。
[0003] 目前产生径向偏振或切向偏振光束主要有两种方法。一种方法是在激光器谐振腔 外将线偏振光或其他形式偏振光转换为径向偏振光或切向偏振光，典型的激光器谐振腔外 获得径向偏振光或切向偏振光的方法有干设叠加法，波片空间变换延迟法，基于旋光效应 的螺旋渐变相位延迟器W及液晶偏振转换法等。该些激光器谐振腔外转换的方法普遍存在 着光束质量差、装置复杂等缺陷。因此，直接在激光器输出径向偏振光束或切向偏振光束的 主动方法成为了近年来的研究热点，主动方法得到的径向偏振光束或切向偏振光束的偏振 纯度和光束质量一般都较高。
[0004] 主动方法产生径向偏振模式的基本思路是在腔内引入对S型偏振光损耗较大，而 对P型偏振光损耗很小的光学器件，使腔内S型偏振损耗过高而无法起振，仅使P型偏振光 在腔内满足激光振荡条件，从而获得径向偏振激光。而主动方法产生切向偏振模式的思路 则正好相反，在腔内抑制P型偏振光的振荡，仅使S型偏振光在腔内满足激光振荡条件。主 动方法获得径向偏振或切向偏振光束，需要在激光器谐振腔内插入矢量偏振的选择器件， 有代表性的腔内器件为具有双折射特性的晶体，如C切双折射晶体YV04和方解石晶体等。 W双折射晶体作为激光器谐振腔内选模元件的激光器结构简单，元件成本低，且对选模功 率区间没有要求，因而不会对输出的柱矢量光束功率产生限制。
[0005] 虽然柱矢量偏振光束在材料加工等领域有巨大应用前景，但其应用仍受到一定限 审IJ。该是因为只有很高的峰值功率才可W达到材料（尤其是金属材料）的消烙阔值，该就 带来了对具有高峰值功率的柱矢量脉冲激光光束的需求。调Q技术是一种常用的获得高峰 值功率（千瓦至兆瓦级）、短脉宽（纳秒级，甚至皮秒）的激光脉冲技术。其主体思想是将 全部光福射集中在较短的时间内发射，从而产生脉冲输出。在激光器中加入调Q元件（又 称Q开关）即构成脉冲输出的调Q激光器。根据能否人为控制Q开关的延迟时间，可W将 调Q技术分为主动调Q技术和被动调Q技术。其中主动调Q主要利用电光器件、声光器件 W及机械器件来实现Q值的突变，包括转镜调Q、电光调Q和声光调Q。而被动Q开关是利 用有机染料、气体、半导体器件、渗杂晶体等材料对激光波长的非线性吸收特性控制激光器 谐振腔内损耗，实现激光器谐振腔Q值的突变。主动Q开关需要外加调制器的控制，不利于 产业化发展。而被动Q开关是自身启动的，不需要引入外部信号来产生脉冲，且成本低廉， 体积小，因而被动Q开关具有广泛的研究与开发前景。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于内腔双折射晶体走离 效应的柱矢量脉冲激光器，将双折射晶体的偏振选择作用与可饱和吸收体的被动调Q技术 结合起来，通过固体激光器振荡，直接输出高峰值功率的柱矢量脉冲。因为双折射晶体的走 离效应，激光器谐振腔内光场的径向偏振分量或切向偏振分量发生空间分离。通过腔内单 透镜成像系统将走离后的径向偏振分量或切向偏振分量聚焦于可饱和吸收体，有利于可饱 和吸收体达到饱和，形成径向偏振或切向偏振的脉冲输出。
[0007] 本发明的技术解决方案如下；
[000引一种基于内腔双折射晶体走离效应的柱矢量脉冲激光器，其特点在于，包括累浦 源，沿该累浦源的发射光光路依次是前端面锻有激光器发射光束波长高反膜的双折射晶 体、腔内透镜和后端面锻有发射波长部分反射膜的可饱和吸收体，由所述的双折射晶体前 端面到可饱和吸收体的后端面之间构成激光器谐振腔。
[0009] 所述的双折射晶体渗杂一定浓度的激活离子作为产生激光输出所需的激光器增 益介质，该双折射晶体是YV04或GdVO4,渗杂离子是NcT、孔或化价稀±元素离子。
[0010] 所述的累浦源采用端面累浦或侧向累浦。
[0011] 所述的腔内透镜在激光器谐振腔内沿光轴移动：
[0012] 当所述的腔内透镜到所述的双折射晶体前端面距离为 d, =L/2-ylL--4fL/2+cl-公时，在可饱和吸收体后面得到切向偏振脉冲激光输出；
[0013] 当所述的腔内透镜到所述的双折射晶体前端面距离为 4=L/2-咬-D时，在可饱和吸收体后面得到径向偏振脉冲激光输出；
[0014] 式中，L为激光器谐振腔长度，f为腔内透镜焦距，D为双折射晶体厚度，d。和d。分 别为从双折射晶体中出射的0光e光与光轴交点相对于没有双折射晶体时入射光束与光轴 交点之间的距离。
[001引本发明原理如下；
[0016] -束单色光W-定的角度入射双折射晶体，除特殊角度W外，都会分解为两束沿 不同方向折射的光束，它们为振动方向互相垂直的线偏振光，该就是双折射现象。该两束偏 振方向相互垂直的线偏振光就是0光（寻常光）和e光（异常光），〇光在双折射晶体中的 传播路径与光线在各向同性介质（比如玻璃）传播路径一致，而e光的传播路径相对于光 线在各向同性介质传播路径发生偏折。对于双折射晶体YV04,0光具有更大的折射角，因此 0光与光轴交点到入射光与光轴交点的距离比e光与光轴交点到入射光与光轴交点的距离 小。在激光器谐振腔中，如果各组成元件具有中屯、轴对称性，则经过放置在激光谐振腔光轴 上的双折射晶体的光线，其折射的0光和e光均相对于光轴成轴对称分布，分别对应于切向 偏振和径向偏振。利用渗杂激活离子的双折射晶体作为激光器增益介质，适当选择谐振腔 参数W及腔内透镜到双折射晶体前端面的距离，使激光器谐振腔内仅0光能经过腔内透镜 会聚到可饱和吸收体，而e光因为无法经过腔内透镜会聚到可饱和吸收体，损耗过大，该样 仅有0光形成振荡，从而实现切向偏振脉冲输出。如果增大腔内透镜到双折射晶体前端面 的距离，使激光器谐振腔内仅e光能经过腔内透镜会聚到可饱和吸收体，而o光因为无法经 过腔内透镜会聚到可饱和吸收体，损耗过大，该样仅有e光形成振荡，从而实现径向偏振脉 冲输出。
[0017] 向激光器谐振腔内引入可饱和吸收体，利用其快速可饱和吸收特性引发光波的自 调制，即透过率随光强的增加而增加的特性，光强较强的部分通过可饱和吸收体时损耗小、 透过率高，光强较弱的部分通过可饱和吸