專(zhuān)利名稱(chēng)：一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于全固態(tài)激光器領(lǐng)域，具體涉及一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，是基于單縱模激光和多縱模激光和頻產(chǎn)生的全固態(tài)鈉信標(biāo)激光器。用于天文自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)人造鈉導(dǎo)星回光探測(cè)、大氣波前測(cè)量及校正。
背景技術(shù)：
當(dāng)589. 159 nm激光照射距離地面高度90knTl00 km的大氣中圈鈉層時(shí)，將產(chǎn)生較強(qiáng)的后向共振散射回光，它可以為自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)提供人造導(dǎo)引星——鈉信標(biāo)?；?064nm與1319nm兩束全固態(tài)近紅外激光和頻，是產(chǎn)生鈉信標(biāo)激光器的有效途徑，該類(lèi)型激光器稱(chēng)之為全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器。為了使全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器中心波長(zhǎng)及線(xiàn)寬 與鈉層原子最強(qiáng)吸收線(xiàn)D2a線(xiàn)匹配，從而提高大氣層鈉原子的共振回光效率，需要精確控制1064nm與1319nm兩束基頻激光的中心波長(zhǎng)和線(xiàn)寬。現(xiàn)有的全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器產(chǎn)生途徑主要有兩種形式1)兩臺(tái)單縱模激光器和頻1064nm與1319nm兩束近紅外激光均為單縱模，所獲得的鈉信標(biāo)激光為單縱模，線(xiàn)寬通常小于IOMHz ;2)兩臺(tái)多縱模激光器和頻1064nm與1319nm兩束近紅外激光均為多縱模，所獲得的鈉信標(biāo)激光為多縱模，線(xiàn)寬等于兩束近紅外激光線(xiàn)寬之和，通常在IGHf 3GHz范圍內(nèi)。這兩種產(chǎn)生途徑均存在一些不足和局限性第一種方式獲得的線(xiàn)寬過(guò)小，對(duì)于高能量或高平均功率鈉信標(biāo)激光器系統(tǒng)，極易引起大氣層鈉原子的吸收飽和效應(yīng)；第二種方式獲得的線(xiàn)寬較大，降低了大氣層鈉原子的回光效率，同時(shí)需精確匹配控制兩臺(tái)多縱模近紅外激光器縱模數(shù)量，技術(shù)難度大、系統(tǒng)較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中全固態(tài)鈉信標(biāo)激光器線(xiàn)寬控制區(qū)間窄、控制手段復(fù)雜的不足，本發(fā)明提供了一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器。本發(fā)明的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，其特點(diǎn)是，所述的激光器包括單縱模1064nm激光器、第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡、多縱模1319nm激光器、45度全反鏡、45度分光鏡、縮束透鏡、和頻晶體、第一 589nm分光鏡、吸收池和第二 589nm分光鏡；第一透鏡、第二透鏡、45度全反鏡依次設(shè)置在單縱模1064nm激光器傳輸光路上,第一透鏡與第二透鏡中心軸與單縱模1064nm激光器光軸平行，45度全反鏡鏡面與單縱模1064nm激光器光軸成45度夾角；多縱模1319nm激光器光軸設(shè)置與單縱模激光器光軸平行,第三透鏡、第四透鏡、45度分光鏡依次設(shè)置在多縱模1319nm激光器傳輸光路上,第三透鏡與第四透鏡中心軸與多縱模1319nm激光器光軸平行,45度分光鏡與多縱模1319nm激光器光軸成45度夾角，45度分光鏡的鏡面中心設(shè)置在單縱模1064nm激光器反射光軸與多縱模1319nm激光器光軸相交點(diǎn)；縮束透鏡、和頻晶體、第一 589nm分光鏡、吸收池依次設(shè)置在多縱模1319nm激光器透射通過(guò)45度分光鏡的傳輸光路上，和頻晶體設(shè)置于縮束透鏡一倍焦距處，第一 589nm分光鏡鏡面與多縱模激光器的光軸成45度夾角，第二 589nm分光鏡設(shè)置在第一589nm分光鏡的反射光路上，鏡面與反射光軸的夾角為45度。所述的單縱模1064nm激光器為二極管泵浦全固態(tài)1064nm激光器，真空中心波長(zhǎng)為1064. 500nm至1064. 700nm，線(xiàn)寬為IkHz 10MHz，工作體制既可以為連續(xù)體制，也可以為脈沖體制。所述的多縱模1319nm激光器為二極管泵浦全固態(tài)1319nm激光器，真空中心波長(zhǎng)為1319. 082nm至1319. 389nm，線(xiàn)寬為O.1GHz 1GHz，工作體制與1064nm激光器相同，其中心頻率等于鈉信標(biāo)激光中心頻率與1064nm激光中心頻率之差。所述的45度全反鏡為平面鏡，材料選用光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，表面對(duì)單縱模1064nm激光鍍制45度高反膜，反射率R彡99. 5%。
所述的45度分光鏡為平面鏡，材料選用光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，表面鍍制45度雙色分光膜，對(duì)一束單縱模1064nm激光高反，反射率R ^ 99. 5%，對(duì)另一束多縱模1319nm激光增透，透過(guò)率T ^ 98%。所述的第一透鏡、第二透鏡、第三透鏡、第四透鏡為同類(lèi)型透鏡，直徑均為10mm^50mm,當(dāng)為正透鏡時(shí)焦距100mm 600mm,當(dāng)為負(fù)透鏡時(shí)焦距-100mnT~500mm。所述的縮束透鏡為正透鏡，直徑為10mnT50mm，焦距為直徑的5倍 20倍。所述的和頻晶體為I類(lèi)非臨界相位匹配LBO晶體或II類(lèi)相位匹配KTP晶體，當(dāng)采用LBO晶體時(shí)，長(zhǎng)度為20mnT80mm，單縱模1064nm激光與多縱模1319nm激光為偏振軸相互平行的線(xiàn)偏振光；當(dāng)采用KTP晶體時(shí)，長(zhǎng)度為5mnT20mm，單縱模1064nm激光與多縱模1319nm激光為偏振軸相互垂直的線(xiàn)偏振光。所述的第一 589nm分光鏡、第二 589nm分光鏡為平面鏡,材料選用光學(xué)玻璃或光學(xué)晶體，表面鍍制45度三色分光膜，對(duì)589nm激光高反，反射率R彡99. 5%，對(duì)1064nm、1319nm兩束近紅外激光增透，透過(guò)率T ^ 95%。所述的吸收池材料為常用的銅、鐵、鋁等金屬，具有較強(qiáng)的抗激光損傷能力及熱容納能力，其作用是消耗殘余的單縱模1064nm激光和多縱模1319nm激光。本發(fā)明的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，是基于單縱模激光和多縱模激光和頻產(chǎn)生的鈉信標(biāo)激光器，通過(guò)透鏡組(第一透鏡與第二透鏡、第三透鏡與第四透鏡)對(duì)兩束近紅外激光進(jìn)行空間傳輸變換，使二者光斑大小與發(fā)散角基本一致，并通過(guò)45度全反鏡、45度分光鏡將兩束近紅外激光空間并束，使二者光斑重疊、同軸傳輸?？s束透鏡將空間并束后的兩束近紅外激光聚焦，并通過(guò)和頻晶體的非線(xiàn)性頻率變換作用實(shí)現(xiàn)高效率的和頻轉(zhuǎn)換。和頻激光的線(xiàn)寬由多縱模1319nm激光線(xiàn)寬決定，單縱模1064nm激光線(xiàn)寬遠(yuǎn)小于多縱模1319nm激光線(xiàn)寬，其對(duì)和頻激光的線(xiàn)寬影響忽略不計(jì)。和頻激光的中心波長(zhǎng)由單縱模1064nm激光器調(diào)節(jié)控制，其中心波長(zhǎng)倒數(shù)嚴(yán)格等于單縱模1064nm激光中心波長(zhǎng)倒數(shù)與多縱模1319nm激光中心波長(zhǎng)倒數(shù)之和。本發(fā)明的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，由單縱模1064nm激光器調(diào)節(jié)控制鈉信標(biāo)激光器的中心波長(zhǎng)，由多縱模1319nm激光器控制鈉信標(biāo)激光器的線(xiàn)寬，本發(fā)明在兩臺(tái)激光器上分別對(duì)中心波長(zhǎng)、線(xiàn)寬進(jìn)行控制，既易于調(diào)節(jié)獲取O.1GHfLOGHz范圍內(nèi)的激光線(xiàn)寬，又降低了激光器的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，是鈉信標(biāo)激光器激發(fā)鈉原子獲取高強(qiáng)度、高效率共振散射原子回光的有效解決途徑。


圖1是本發(fā)明的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖中，1.單縱模1064nm激光器 2.第一透鏡 3.第二透鏡 4. 45度全反鏡 5.多縱模1319nm激光器 6.第三透鏡 7.第四透鏡 8. 45度分光鏡9.縮束透鏡 10.和頻晶體 11.第一 589nm分光鏡 12.吸收池 13.第二589nm分光鏡。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1 圖1是本發(fā)明的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中，本發(fā)明的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器包括單縱模1064nm激光器I,第一透鏡2,第二透鏡3,45度全反鏡4，多縱模1319nm激光器5，第三透鏡6，第四透鏡7，45度分光鏡8，縮束透鏡9，和頻晶體10，第一 589nm分光鏡11，吸收池12，第二 589nm分光鏡13。第一透鏡2、第二透鏡3、45度全反鏡4依次設(shè)置在單縱模1064nm激光器I傳輸光路上，第一透鏡2與第二透鏡3中心軸與單縱模1064nm激光器I光軸平行，45度全反鏡4鏡面與單縱模1064nm激光器I光軸成45度放置。多縱模1319nm激光器5光軸設(shè)置與單縱模激光器I光軸平行，第三透鏡6、第四透鏡7、45度分光鏡8依次設(shè)置在多縱模1319nm激光器5傳輸光路上,第三透鏡6與第四透鏡7中心軸與多縱模1319nm激光器5光軸平行，45度分光鏡8與多縱模1319nm激光器5光軸夾角為45度，45度分光鏡8的鏡面中心設(shè)置在單縱模1064nm激光器I反射光軸與多縱模1319nm激光器5光軸相交點(diǎn)；縮束透鏡9、和頻晶體10、第一 589nm分光鏡11、吸收池12依次設(shè)置在經(jīng)由45度分光鏡8透射的多縱模1319nm激光器5傳輸光路上，和頻晶體10設(shè)置于縮束透鏡9 一倍焦距處，第一 589nm分光鏡11鏡面與多縱模激光器5的光軸夾角為45度；第二 589nm分光鏡13設(shè)置在第一 589nm分光鏡11的反射光路上，鏡面與反射光軸夾角為45度。 本實(shí)施例中，所述單縱模1064nm激光器I真空中心波長(zhǎng)為1064. 500nm至1064. 700nm，線(xiàn)寬約1kHz，偏振態(tài)為s線(xiàn)偏振光，工作體制為百微秒長(zhǎng)脈沖體制，重頻為50Hz，脈寬為150 μ S，平均功率為40W，光斑大小為Φ2. 0mm。第一透鏡2、第二透鏡3的鏡面直徑均為Φ 10mm，焦距分別為100mm、100mm。多縱模1319nm激光器5真空中心波長(zhǎng)為1319. 389nm至1319. 082nm，線(xiàn)寬為
O.1GHz，偏振態(tài)與單縱模1064nm激光器I相同，工作體制為百微秒長(zhǎng)脈沖體制，重頻、脈寬與單縱模1064nm激光器相同，平均功率為25W，光斑大小為Φ4.0πιπι。第三透鏡6、第四透鏡7的鏡面直徑均為Φ IOmm,焦距分別為300mm、150mm。45度分光鏡8對(duì)1064nm激光高反，反射率R彡99. 5%，對(duì)1319nm激光高透，透過(guò)率為T(mén)彡98%ο縮束透鏡9鏡面直徑為Φ 10mm，焦距為200mm，焦距為鏡面直徑的20倍。和頻晶體10為I類(lèi)非臨界相位匹配LBO晶體，切割角度Θ =90°，Φ=0°，晶體橫截面為4mm*4mm，長(zhǎng)度為80mm，工作溫度為40°C。實(shí)施例2本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，單縱模1064nm激光器的線(xiàn)寬為1MHz，工作體制為連續(xù)體制，光斑大小為Φ5πιπι ；
第一透鏡、第二透鏡的鏡面直徑均為Φ30πιπι，焦距分別為600mm、-300mm ；
多縱模1319nm激光器的線(xiàn)寬為O. 5GHz，工作體制為連續(xù)體制，光斑大小為Φ6πιπι ；
第三透鏡、第四透鏡的鏡面直徑均為Φ30ι πι,焦距分別為300mm、-1OOmm ;
縮束透鏡鏡面直徑為Φ30mm，焦距為150mm，焦距為鏡面直徑的5倍。和頻晶體長(zhǎng)度為50mm。實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，單縱模1064nm激光器的線(xiàn)寬為 10MHz，重復(fù)頻率為500Hz，脈寬為100ns，平均功率為300W。第一透鏡、第二透鏡的鏡面直徑均為Φ 50mm，焦距分別為600mm、-500mm。多縱模1319nm激光器的線(xiàn)寬為1. 0GHz，重復(fù)頻率為500Hz，脈寬為200ns，平均功率為240W，光斑尺寸為Φ πιπι。第三透鏡、第四透鏡的鏡面直徑均為Φ20mm，焦距分別為-100mm、200mm?？s束透鏡的鏡面直徑為Φ50mm，焦距為500mm，焦距為鏡面直徑的10倍。和頻晶體的長(zhǎng)度為20mm。實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，單縱模1064nm激光器的重復(fù)頻率為500Hz，平均功率為20W。多縱模1319nm激光器的重復(fù)頻率為500Hz，平均功率為16W，偏振態(tài)為與單縱模1064nm激光器偏振軸相互垂直的線(xiàn)偏振光。和頻晶體為II類(lèi)相位匹配KTP晶體，切割角度θ=78°，Φ=0°，晶體橫截面為4mm*4mm,長(zhǎng)度為20_，工作溫度為30°C。實(shí)施例5
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，單縱模1064nm激光器的脈寬為IOOns0多縱模1319nm激光器的脈寬為100ns，偏振態(tài)為與單縱模1064nm激光器偏振軸相
互垂直的線(xiàn)偏振光。和頻晶體為II類(lèi)相位匹配KTP晶體，切割角度θ=78°，φ=0°，晶體橫截面為6臟*6_，長(zhǎng)度為10_，工作溫度為3(TC。實(shí)施例6
本實(shí)施例與實(shí)施例1的基本結(jié)構(gòu)相同，不同之處是，單縱模1064·激光器的脈寬為20ns。多縱模1319nm激光器的脈寬為20ns，偏振態(tài)為與單縱模1064nm激光器偏振軸相互垂直的線(xiàn)偏振光。和頻晶體為II類(lèi)相位匹配KTP晶體，切割角度θ=78°，Φ=0°，晶體橫截面為長(zhǎng)度為5_，工作溫度為3(TC。
權(quán)利要求
1.一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，包括45度全反鏡(4)、45度分光鏡(8)、縮束透鏡 (9 )、和頻晶體(IO )、第一 589nm分光鏡(11)、吸收池(12 )、第二 589nm分光鏡(13 )，其特征在于所述的激光器還包括單縱模1064nm激光器(I)、第一透鏡(2)、第二透鏡(3)、多縱模 1319nm激光器(5)、第三透鏡(6)、第四透鏡(7);第一透鏡(2)、第二透鏡(3)、45度全反鏡 (4 )依次設(shè)置在單縱模1064nm激光器(I)傳輸光路上，第一透鏡(2 )與第二透鏡(3 )中心軸與單縱模1064nm激光器(I)光軸平行，45度全反鏡(4)鏡面與單縱模1064nm激光器(I)光軸成45度設(shè)置；多縱模1319nm激光器(5)光軸設(shè)置與單縱模激光器(I)光軸平行，第三透鏡(6)、第四透鏡(7)、45度分光鏡(8)依次設(shè)置在多縱模1319nm激光器(5)傳輸光路上,第三透鏡(6)與第四透鏡(7)中心軸與多縱模1319nm激光器(5)光軸平行，45度分光鏡(8) 與多縱模1319nm激光器(5)光軸夾角為45度，45度分光鏡(8)的鏡面中心設(shè)置在單縱模 1064nm激光器(I)反射光軸與多縱模1319nm激光器(5)光軸相交點(diǎn)；縮束透鏡(9)、和頻晶體(10 )、第一 589nm分光鏡(11)、吸收池(12 )依次設(shè)置在經(jīng)由45度分光鏡(8 )透射的多縱模1319nm激光器(5)傳輸光路上,和頻晶體(10)設(shè)置于縮束透鏡(9) 一倍焦距處,第一 589nm分光鏡(11)鏡面與多縱模激光器(5)的光軸夾角為45度；第二 589nm分光鏡(13) 設(shè)置在第一 589nm分光鏡(11)的反射光路上，鏡面與反射光軸夾角為45度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，其特征在于所述的單縱模1064nm激光器(I)為二極管泵浦全固態(tài)激光器，真空中心波長(zhǎng)為1064. 500nm至 1064. 700nm，線(xiàn)寬為 IkHz IOMHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，其特征在于所述的多縱模1319nm激光器(5)為二極管泵浦全固態(tài)激光器，真空中心波長(zhǎng)為1319. 082nm至 1319. 389nm，線(xiàn)寬為 O.1GHz 1. OGHz0
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，其特征在于所述的和頻晶體(10)為I類(lèi)非臨界相位匹配LBO晶體，切割角度為Θ =90°，Φ=0°，長(zhǎng)度為20mnT80mm，工作溫度為40°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，其特征在于所述的和頻晶體(10)為II類(lèi)相位匹配KTP晶體，切割角度θ=78°，φ=0°，長(zhǎng)度為5mnT20mm，工作溫度為 30 O。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種全固態(tài)和頻鈉信標(biāo)激光器，所述激光器是基于單縱模1064nm激光器與多縱模1319nm激光器和頻產(chǎn)生的鈉信標(biāo)激光器。所述激光器中的單縱模1064nm激光器與多縱模1319nm激光器分別經(jīng)過(guò)透鏡組光束整形，通過(guò)分光鏡空間合束，再利用正透鏡聚焦通過(guò)非線(xiàn)性晶體，和頻產(chǎn)生鈉信標(biāo)激光。鈉信標(biāo)激光的中心波長(zhǎng)由單縱模1064nm激光器控制，線(xiàn)寬由多縱模1319nm激光器控制。本發(fā)明在兩臺(tái)激光器上分別對(duì)中心波長(zhǎng)、線(xiàn)寬進(jìn)行控制，易于調(diào)節(jié)獲取0.1GHz~1.0GHz范圍內(nèi)的線(xiàn)寬，降低了激光器的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠，是鈉信標(biāo)激光器激發(fā)鈉原子獲取高強(qiáng)度、高效率共振散射原子回光的有效解決途徑。
文檔編號(hào)H01S3/109GK103022879SQ201210558328
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者魯燕華, 謝剛, 張雷, 李楠, 龐毓, 楊開(kāi)華, 廖原, 高松信, 魏彬, 田英華 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所