專利名稱：種子注入單頻光參量振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及單頻激光器，特別是一種種子注入單頻光參量振蕩器。
背景技術(shù)：
機(jī)載、星載雷達(dá)系統(tǒng)是測量地球表面形貌、水汽、CO2分布和O3分布的一種非常有效的手段。激光雷達(dá)系統(tǒng)中最基本最重要的就是激光光源，因此發(fā)明性能可靠的單頻激光器對于地球科學(xué)研究有著很重要的意義。目前已報(bào)道的單頻脈沖光參量振蕩器的頻率穩(wěn)定性不高，如何在實(shí)現(xiàn)單頻輸出的同時(shí)提高激光器的頻率穩(wěn)定性，一直是當(dāng)前激光雷達(dá)用激光器的研究熱點(diǎn)。對于種子注入 的單頻脈沖光參量振蕩器，實(shí)現(xiàn)腔長控制的方法主要有外差法方案，正弦掃描探測方案和諧振探測方案。外差法方案能保證單縱模輸出，但對器件要求高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在每次出光后對諧振腔長度進(jìn)行調(diào)節(jié)，抗干擾性比較差。正弦掃描探測方案不需要高速掃描和高速信號處理，降低了對控制電路元器件的要求，但是其本質(zhì)仍舊是在輸出脈沖激光后對腔長進(jìn)行調(diào)節(jié)，不具備諧振探測方案的實(shí)時(shí)性和抗干擾能力。利用諧振探測方案獲得的頻率穩(wěn)定性最高，但是需要在干涉信號極大值處打開泵浦光，由電子器件本身限制，很難保證同步性。獲得高頻率穩(wěn)定性的關(guān)鍵，是在干涉信號極大值處打開泵浦光，產(chǎn)生單縱模輸出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種種子注入單頻光參量振蕩器，該振蕩器可以保障系統(tǒng)的抗外界干擾能力，獲得高頻率穩(wěn)定性的單縱模激光脈沖輸出。本發(fā)明的工作原理一種種子注入一體化諧振腔設(shè)計(jì)的單頻光參量振蕩器，利用改進(jìn)的諧振探測方案，即掃描-保持-觸發(fā)，在壓電陶瓷掃描光參量振蕩器諧振腔長過程中，當(dāng)掃描到干涉信號極大值時(shí)，保持在該位置，直到泵浦光打開，結(jié)合諧振腔的整體性設(shè)計(jì)保證機(jī)械的被動(dòng)穩(wěn)定性，保證高頻率穩(wěn)定性的單縱模激光輸出。本發(fā)明技術(shù)解決方案是一種種子注入單頻光參量振蕩器，特點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)包括腔外種子光源、一體化從動(dòng)諧振腔、電學(xué)控制處理部分和單頻泵浦源四部分所述的腔外種子光源包括種子激光器，沿該種子激光器的激光輸出方向依次是耦合透鏡、隔離器組、半波片，與光路成45°的第一反射鏡和雙色鏡；所述的一體化從動(dòng)諧振腔包括一體化的諧振腔體，在該諧振腔框體內(nèi)設(shè)有第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡和第四腔鏡，沿所述的雙色鏡反射的種子激光方向依次是第一腔鏡、第二腔鏡、第三腔鏡和第四腔鏡，再經(jīng)第一腔鏡和腔外的第二反射鏡輸出，在所述的第一腔鏡和第二腔鏡之間的光路上有兩塊走離補(bǔ)償放置的非線性晶體，所述的第三腔鏡緊固在壓電陶瓷上，在第三腔鏡和第四腔鏡之間的光路的延長線設(shè)有光電二極管；所述的電學(xué)控制處理部分由所述的光電二極管、壓電陶瓷、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源和時(shí)序控制系統(tǒng)構(gòu)成，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源的輸出端與所述的壓電陶瓷的輸入端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)的輸入端與所述的光電二極管輸出端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)的輸出端分別與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源的輸入端、所述的泵浦源的控制端相連；所述的單頻泵浦源包括單頻Nd:YAG脈沖激光器和聚焦鏡，所述的單頻Nd:YAG脈沖激光器輸出的脈沖激光經(jīng)所述的聚焦鏡聚焦后透過所述的雙色鏡進(jìn)入所述的一體化從動(dòng)諧振腔進(jìn)行泵浦；所述的時(shí)序控制系統(tǒng)在每一個(gè)工作周期的起始點(diǎn)給所述的壓電陶瓷施加一線性斜坡掃描電壓，調(diào)整光參量振蕩器諧振腔長，當(dāng)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)檢測到所述的光電二極管上種子光經(jīng)過所述的第三腔鏡透射的干涉信號的峰值時(shí)，保持壓電陶瓷的該位置，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)向所述的單頻泵浦源輸出指令，打開所述的單頻泵浦源，隨即從所述的第二反射鏡輸出單頻的參量振蕩的脈沖激光。所述的種子激光器的輸出波長為I. 57 μ m，所述的第一腔鏡具有對種子激光 I.57 μ m波長激光30% 50%的透過率且對泵浦光1064nm高透的鍍膜，第二腔鏡鍍有對種子激光高反且對泵浦光增透的薄膜，第三腔鏡具有高反膜，第四腔鏡具有對種子激光低透過率的高反膜，所述的非線性晶體為臨界切割的砷酸鈦氧鉀晶體(KTiOAsO4, KTA)。所述的一體化的諧振腔體是由一鋁塊加工而成，所述的第一腔鏡和第二腔鏡直接固定在腔體的側(cè)壁上，所述的第三腔鏡和第四腔鏡和非線性晶體通過轉(zhuǎn)接件，固定在所述的一體化的諧振腔體的底板上。所述的耦合透鏡對種子光束進(jìn)行變化，使其在諧振腔內(nèi)的光斑大小與諧振腔產(chǎn)生的振蕩光斑大小一樣。所述的隔離器組保持光路的單向傳輸，以免從后腔鏡漏出的脈沖激光進(jìn)入種子激光器而影響其輸出。所述的半波片將從隔離器輸出的線偏光調(diào)整為滿足注入條件的偏振光。所述的光路成45°的第一反射鏡和雙色鏡，使種子光進(jìn)入諧振腔內(nèi)，并且光路與諧振腔的振蕩光路一致。所述的單頻泵浦源是種子注入單頻Nd: YAG脈沖激光器。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、利用種子注入，可以得到窄線寬單頻脈沖激光。2、采用諧振腔一體化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)。3、采用走離補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，保證高效率、高光束質(zhì)量激光輸出。4、采用諧振探測方案，可實(shí)現(xiàn)高頻率穩(wěn)定性的單頻脈沖輸出。


圖I是本發(fā)明種子注入單頻脈沖激光器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2是電學(xué)控制處理連接圖；圖3是壓電陶瓷上施加的斜坡電壓、諧振腔長度變化、種子光的干涉信號、泵浦光脈沖和輸出的參量激光脈沖之間的時(shí)序關(guān)系。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。先請參閱圖1，圖I是本發(fā)明種子注入單頻脈沖激光器的結(jié)構(gòu)框圖，由此可見，本發(fā)明種子注入單頻光參量振蕩器，其結(jié)構(gòu)包括腔外種子光源I、一體化從動(dòng)諧振腔2、電學(xué)控制處理部分3和單頻泵浦源4四部分所述的腔外種子光源I包括種子激光器1-1，沿種子激光器1-1的激光輸出方向依次是耦合透鏡1-2、隔離器組1-3、1-4、半波片1-5，與光路成45°的第一反射鏡1_6和雙色鏡 1-7 ；所述的一體化從動(dòng)諧振腔2包括一體化的諧振腔體2-7，在該諧振腔框體2-7內(nèi)設(shè)有第一腔鏡2-1、第二腔鏡2-2、第三腔鏡2-3和第四腔鏡2-4，沿雙色鏡1_7反射的種子激光方向依次是第一腔鏡2-1、第二腔鏡2-2、第三腔鏡2-3和第四腔鏡2-4，再經(jīng)第一腔鏡2-1和腔外的第二反射鏡2-8輸出，在所述的第一腔鏡2-1和第二腔鏡2-2之間的光路上設(shè)有兩塊走離補(bǔ)償放置的非線性晶體2-5和2-6，所述的第三腔鏡2-3緊固在壓電陶瓷3-2上，在第三腔鏡2-3和第四腔鏡2-4之間的光路的延長線設(shè)有光電二極管3-1 ；所述的電學(xué)控制處理部分3由所述的光電二極管3-1、壓電陶瓷3-2、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源3-3和時(shí)序控制系統(tǒng)3-4構(gòu)成，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源3-3的輸出端與所述的壓電陶瓷3-2的輸入端相連,所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4的輸入端與所述的光電二極管3-1輸出端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4的輸出端分別與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源3-3的輸入端、所述的泵浦源4的控制端相連，如圖2所示；所述的單頻泵浦源4包括單頻Nd:YAG脈沖激光器4 一 I和聚焦鏡4 一 2，所述的單頻Nd: YAG脈沖激光器4 一 I輸出的脈沖激光經(jīng)所述的聚焦鏡4 - 2聚焦后透過所述的雙色鏡1-7進(jìn)入所述的一體化從動(dòng)諧振腔2進(jìn)行泵浦；所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4在每一個(gè)工作周期的起始點(diǎn)給所述的壓電陶瓷3-2施加一線性斜坡掃描電壓，調(diào)整光參量振蕩器諧振腔長，當(dāng)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4檢測到所 述的光電二極管3-1上種子光經(jīng)過所述的第三腔鏡2-3透射的干涉信號的峰值時(shí)，保持壓電陶瓷3-2的該位置，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4向所述的單頻泵浦源4輸出指令，打開所述的單頻泵浦源4，隨即從所述的第二反射鏡2-8輸出單頻的參量振蕩的脈沖激光。所述的種子激光器1-1的輸出波長為I. 57 μ m，所述的第一腔鏡2_1具有對種子激光I. 57 μ m波長激光30% 50%的透過率且對泵浦光1064nm高透的鍍膜，第二腔鏡2_2鍍有對種子激光高反且對泵浦光增透的薄膜，第三腔鏡2-3具有高反膜，第四腔鏡2-4具有對種子激光低透過率的高反膜，所述的非線性晶體2-5和2-6為臨界切割的砷酸鈦氧鉀晶體。所述的一體化的諧振腔體2-7是由一鋁塊加工而成，所述的第一腔鏡2-1和第二腔鏡2-2直接固定在腔體的側(cè)壁上，所述的第三腔鏡2-3和第四腔鏡2-4和非線性晶體2-5和2-6通過轉(zhuǎn)接件，固定在所述的一體化的諧振腔體2-7的底板上。改進(jìn)的諧振探測方法的時(shí)序如圖3所示。所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4在每一個(gè)工作周期的起始點(diǎn)t0給所述的壓電陶瓷3-2施加一線性斜坡掃描電壓，調(diào)整光參量振蕩器諧振腔長，當(dāng)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4檢測到所述的光電二極管3-1上種子光經(jīng)過所述的第三腔鏡2-3透射的干涉信號的峰值時(shí)tl，保持壓電陶瓷3-2的該位置直到t2，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)3-4向所述的單頻泵浦源4輸出指令，打開所述的單頻泵浦源4，隨即從所述的第二反射鏡2-8輸出單頻的參量振蕩的脈沖 激光。
權(quán)利要求
1.一種種子注入單頻光參量振蕩器，特征在于其結(jié)構(gòu)包括腔外種子光源(I)、一體化從動(dòng)諧振腔(2)、電學(xué)控制處理部分(3)和單頻泵浦源(4)四部分 所述的腔外種子光源(I)包括種子激光器(1-1)，沿種子激光器(1-1)的激光輸出方向依次是耦合透鏡(1-2)、隔離器組(1-3、1-4)、半波片(1-5)，與光路成45°的第一反射鏡(1-6)和雙色鏡(1-7)； 所述的一體化從動(dòng)諧振腔(2 )包括一體化的諧振腔體(2-7 )，在該諧振腔框體(2-7 )內(nèi)設(shè)有第一腔鏡(2-1)、第二腔鏡(2-2)、第三腔鏡(2-3)和第四腔鏡(2-4)，沿雙色鏡(1-7)反射的種子激光方向依次是第一腔鏡(2-1)、第二腔鏡(2-2)、第三腔鏡(2-3)和第四腔鏡(2-4)，再經(jīng)第一腔鏡(2-1)和腔外的第二反射鏡(2-8)輸出，在所述的第一腔鏡(2-1)和第二腔鏡(2-2)之間的光路上有兩塊走離補(bǔ)償放置的非線性晶體(2-5和2-6)，所述的第三腔鏡(2-3)緊固在壓電陶瓷(3-2)上，在第三腔鏡(2-3)和第四腔鏡(2-4)之間的光路的延長線設(shè)有光電二極管(3-1)； 所述的電學(xué)控制處理部分(3)由所述的光電二極管(3-1)、壓電陶瓷(3-2)、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源(3-3)和時(shí)序控制系統(tǒng)(3-4)構(gòu)成，所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源(3-3)的輸出端與所述的壓電陶瓷(3-2)的輸入端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)(3-4)的輸入端與所述的光電二極管(3-1)輸出端相連，所述的時(shí)序控制系統(tǒng)(3-4)的輸出端分別與所述的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)源(3-3)的輸入端、所述的泵浦源(4)的控制端相連； 所述的單頻泵浦源(4)包括單頻Nd:YAG脈沖激光器(4 - I)和聚焦鏡(4 一 2)，所述的單頻Nd:YAG脈沖激光器(4 - I)輸出的脈沖激光經(jīng)所述的聚焦鏡(4 - 2)聚焦后透過所述的雙色鏡(1-7)進(jìn)入所述的一體化從動(dòng)諧振腔(2)進(jìn)行泵浦； 所述的時(shí)序控制系統(tǒng)(3-4)在每一個(gè)工作周期的起始點(diǎn)給所述的壓電陶瓷(3-2)施加一線性斜坡掃描電壓，調(diào)整光參量振蕩器諧振腔長，當(dāng)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)(3-4)檢測到所述的光電二極管(3-1)上種子光經(jīng)過所述的第三腔鏡(2-3)透射的干涉信號的峰值時(shí)，保持壓電陶瓷(3-2)的該位置，同時(shí)所述的時(shí)序控制系統(tǒng)(3-4)向所述的單頻泵浦源(4)輸出指令，打開所述的單頻泵浦源(4)，隨即從所述的第二反射鏡(2-8)輸出單頻的參量振蕩的脈沖激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的種子注入單頻光參量振蕩器，其特征在于所述的種子激光器(1-1)的輸出波長為1.57μπι，所述的第一腔鏡(2-1)具有對種子激光1.57μπι波長激光30% 50%的透過率且對泵浦光1064nm高透的鍍膜，第二腔鏡(2_2)鍍有對種子激光高反且對泵浦光增透的薄膜，第三腔鏡(2-3)具有高反膜，第四腔鏡(2-4)具有對種子激光低透過率的高反膜，所述的非線性晶體(2-5和2-6)為臨界切割的砷酸鈦氧鉀晶體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的種子注入單頻光參量振蕩器，其特征在于所述的一體化的諧振腔體(2-7)是由一鋁塊加工而成，所述的第一腔鏡(2-1)和第二腔鏡(2-2)直接固定在腔體的側(cè)壁上，所述的第三腔鏡(2-3)和第四腔鏡(2-4)和非線性晶體(2-5和2-6)通過轉(zhuǎn)接件，固定在所述的一體化的諧振腔體(2-7)的底板上。
全文摘要
一種種子注入單頻光參量振蕩器，包括腔外種子光源、一體化從動(dòng)諧振腔、電學(xué)控制處理部分和單頻泵浦源四部分本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)緊湊、窄線寬、高光束質(zhì)量和高頻率穩(wěn)定性的特點(diǎn)?？雇饨绺蓴_能力強(qiáng)，可應(yīng)用于復(fù)雜的環(huán)境，如機(jī)載、星載實(shí)驗(yàn)平臺。
文檔編號H01S3/108GK102946047SQ201210506099
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者陳衛(wèi)標(biāo), 李世光, 馬秀華, 朱小磊, 李環(huán)環(huán), 臧華國, 劉繼橋 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所