一種用于操控微粒子的模式可控激光筆的制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及激光器，尤其是涉及一種用于操控微粒子的模式可控激光筆?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]激光技術(shù)是20世紀(jì)與原子能、半導(dǎo)體及計(jì)算機(jī)齊名的四項(xiàng)重大發(fā)明之一。激光具備單色性好、相干性好、方向性好、亮度高等優(yōu)點(diǎn)，其主要應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)療、商業(yè)、科研、信息和軍事等六大領(lǐng)域。[0003]隨著激光器的發(fā)展及對(duì)激光應(yīng)用更深入的研宄，研宄人員在實(shí)驗(yàn)中觀察到多種橫?；ò?，并從理論上通過求解近軸波動(dòng)方程<+μ|ψ(")=〇,在三種坐標(biāo)下得到了三種對(duì)應(yīng)的完備解系。在直角坐標(biāo)系下得到厄米爾特-高斯（HG)光束；在圓坐標(biāo)系下得到拉蓋爾-高斯（LG)光束；在橢圓坐標(biāo)系下得到因斯-高斯（IG)光束。橢圓坐標(biāo)系下的第三種完整解一一IG光束擁有比其它兩種光束更為豐富的橫向光場分布和靈活多樣性，通過選擇適當(dāng)?shù)臋E圓率因子可以實(shí)現(xiàn)LG光束、IG光束與HG光束之間的相互轉(zhuǎn)化。因此，生成IG光束的激光器具有非常廣闊的應(yīng)用前景。[0004]研宄實(shí)現(xiàn)可控IG激光模式輸出的激光器有多種。2004年，德國雷根斯堡大學(xué)科石開人員([1]U.T.Schwarz,etal.ObservationofInce-Gaussianmodesinstableresonators.Opt.Lett.29(16):1870-1872(2004))通過輕微打破諧振腔的對(duì)稱性，首次在激光二極管泵浦的Nd:YV04固體激光器中直接產(chǎn)生高質(zhì)量的高階IG模式，此研宄在吸收光功率為300mW時(shí)獲得了20mW的激光輸出，光-光轉(zhuǎn)換效率不到7%，效率較低。2011年，M.Woerdeman等人（[2]MikeWoerdemann,etal.OpticalassemblyofmicroparticlesintohighlyorderedstructuresusingInce-Gaussianbeams.AppI·Phys.Lett.98,111101(2011))利用激光光束通過全息技術(shù)制備的空間光調(diào)制器(SLM)產(chǎn)生了不同模式的IG光束，雖然此研宄可以實(shí)現(xiàn)不同IG模式激光光束輸出，但是其不僅效率低下、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且成本昂貴。2013年，南非Kwazulu-Natal大學(xué)的研宄人員([3]SandileNgcobo,etal.Adigitallaserforon-demandlasermodes.Nat.Commun.4:2289(2013))利用數(shù)字全息技術(shù)制備的純相位反射型的空間光調(diào)制器形成一個(gè)可擦除的全息后腔鏡替代傳統(tǒng)激光器中的后腔鏡實(shí)現(xiàn)了模式可控的數(shù)字激光器，此研宄在吸收泵浦光功率為23.5W下獲得12.5mW的激光輸出，光學(xué)轉(zhuǎn)換效率不到千分之一。此外，空間光調(diào)制器（SLM)的損傷閾值低，不適合高功率激光運(yùn)行，另外，空間光調(diào)制器（SLM)的分辨率不高，并不能完全滿足各種不同激光模式的輸出。2013年，J.Dong等人（[4]J.Dong，etal.GenerationofInce-Gaussianbeamsinhighlyefficient,nanosecondCr,Nd:YAGmicrochiplasers.LaserPhys.Lett.10(7)(2013))通過調(diào)節(jié)激光二極管泵浦光入射到Cr,NchYAG微片的角度，首次在Cr,NchYAG自調(diào)Q微片激光器中直接產(chǎn)生高階IG模式脈沖激光光束輸出，此研宄不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且單脈沖峰值功率高達(dá)2kW，光學(xué)轉(zhuǎn)換效率更是高達(dá)25%?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種用于操控微粒子的模式可控激光筆。[0006]本發(fā)明設(shè)有泵浦源、微透鏡、第一透鏡、第二透鏡、激光工作物質(zhì)層、輸出耦合鏡、倍頻晶體；[0007]所述泵浦源、微透鏡、第一透鏡、第二透鏡、激光工作物質(zhì)層、輸出耦合鏡、倍頻晶體從前至后依次排列于同一光軸上。[0008]所述泵浦源可采用對(duì)應(yīng)波長的高亮度單管二極管。所述泵浦源可采用808nm半導(dǎo)體激光二極管。[0009]所述激光工作物質(zhì)層可選用多種用于生成IG激光模式的工作物質(zhì)，比如：Cr,Nd:YAG雙摻晶體、Nd:YV04/Cr4+:YAG復(fù)合晶體或Nd:GdV04/Cr4+:YAG復(fù)合晶體等。[0010]所述Cr,NchYAG雙摻晶體后表面可鍍1064nm高反膜和808nm增透膜，前表面可鍍1064nm增透膜及808nm高反膜。[0011]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)：[0012]1、可采用多種實(shí)現(xiàn)模式可控的操作方法。[0013]2、本發(fā)明采用靈活多變的結(jié)構(gòu)，可隨時(shí)拆卸、組裝。[0014]3、用于控制模式的操作手段豐富多樣，本發(fā)明的控制模式有：[0015]第一種是打破腔體的對(duì)稱性，通過改變傾斜的角度實(shí)現(xiàn)模式可控。[0016]第二種是通過改變泵浦光斑的大小實(shí)現(xiàn)模式可控。改變泵浦光斑的大小可以有多種方法。比如：改變泵浦源到透鏡組的距離、改變透鏡組之間的距離、改變透鏡組到工作物質(zhì)的距離、改變透鏡組的焦距。[0017]第三種是通過改變泵浦功率的大小實(shí)現(xiàn)模式可控。[0018]4、本發(fā)明整體構(gòu)造可設(shè)置為五段式，可以以內(nèi)部螺紋結(jié)構(gòu)拼接而成。[0019]第一段放置泵浦光源和微透鏡等結(jié)構(gòu)，得到所需泵浦光；第二、三段放置透鏡組，對(duì)泵浦光進(jìn)行準(zhǔn)直、聚焦；第四段放置激光工作物質(zhì)層及輸出耦合鏡，得到多種橫模激光光束并通過耦合鏡輸出；若需要用可見光展示，本發(fā)明可在第五段放置倍頻晶體，生成可見光。[0020]5、直接產(chǎn)生可控IG模式的激光輸出。[0021]6、使用高亮度的單管激光二極管作為泵浦源，其亮度高，體積小，使得成品小型化、集成化和實(shí)用化。[0022]7、激光器工作器件可按需求搭配。比如：選擇不同的工作介質(zhì)，搭配焦距不同的透鏡組，選擇反射率不同的輸出耦合鏡，選擇是否加入倍頻晶體。[0023]8、激光器諧振腔體結(jié)構(gòu)可按需求選擇。[0024]9、所得激光方向性好、亮度高、脈寬窄、峰值功率高；模式可控的激光器做成激光筆外觀精美小巧；發(fā)明成品使用方便、操作簡單；發(fā)明成品使用的光學(xué)元件少，生產(chǎn)成本低?！靖綀D說明】[0025]圖1為單管二極管端面泵浦雙端鍍膜的Cr，Nd:YAG雙摻晶體用于本發(fā)明微片結(jié)構(gòu)中獲得模式可控的激光輸出實(shí)驗(yàn)裝置圖。[0026]圖2為本發(fā)明的整體構(gòu)造圖。[0027]圖3為本發(fā)明第四段不同諧振腔體結(jié)構(gòu)內(nèi)部示意圖。[0028]圖4為當(dāng)前第1頁1 2