基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器的制造方法
【專利摘要】一種基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器。利用電光晶體的電光效應(yīng)，通過調(diào)整從動腔中電光晶體的方向，使得外加電場不改變種子光的偏振狀態(tài)，僅僅改變其相位。在每個泵浦周期，電光晶體驅(qū)動電源給電光晶體施加一線性斜坡電壓，電光晶體的折射率隨之線性變化，進而改變光學(xué)腔長。光電二極管檢測到種子光經(jīng)過從動腔形成的干涉信號的峰值后，打開調(diào)Q開關(guān)，隨即輸出單頻脈沖激光。該激光器具有工作重頻高，頻率穩(wěn)定性高，抗干擾能力強，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊的特點，不僅能適應(yīng)一般的工作環(huán)境要求，還能適應(yīng)機載和星載要求。
【專利說明】基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及單頻激光器，特別是一種基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]單頻脈沖激光器在激光雷達、高分辨率激光光譜、相干通信、精密檢測、引力波探測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前脈沖激光器中實現(xiàn)單頻普遍采用的技術(shù)路線就是種子注入方法。獲得高可靠的種子注入效果的關(guān)鍵在于種子光頻率與從動腔的某個縱模頻率匹配。所以在種子注入激光器中需要一個腔長控制系統(tǒng)對從動腔的腔長進行控制。
[0003]常用的腔長控制技術(shù)有建立時間最小化技術(shù)和諧振探測技術(shù)。上述兩種腔長控制技術(shù)都是將壓電陶瓷固定在激光器的腔鏡上，壓電陶瓷驅(qū)動電源給壓電陶瓷施加電壓來改變腔長。一方面，由于壓電陶瓷存在機械振蕩和非線性效應(yīng)，使得系統(tǒng)對從動腔的腔長的控制和反饋的精度受到了限制，進而影響輸出激光的頻率穩(wěn)定性。另一方面，想要進一步提高激光器的工作重頻，對壓電陶瓷的驅(qū)動要求會增加，壓電陶瓷的響應(yīng)會逐漸變差，使用壽命會減少，進而導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器。該激光器具有工作重頻高、頻率穩(wěn)定性高、抗干擾能力強、壽命長和結(jié)構(gòu)緊湊的特點，不僅能適應(yīng)一般的工作環(huán)境要求，還能適應(yīng)機載和星載要求。
[0005]本發(fā)明的基本思想是:
[0006]在種子注入單頻脈沖激光器從動腔中插入電光晶體，利用電光晶體的電光效應(yīng)，通過調(diào)整從動腔中電光晶體的方向，使得外加電場不改變種子光的偏振狀態(tài)，僅僅改變其相位。在每個泵浦周期，電光晶體驅(qū)動電源給電光晶體施加一線性斜坡電壓，電光晶體的折射率隨之線性變化，進而改變光學(xué)腔長。光電二極管檢測到種子光經(jīng)過從動腔形成的干涉信號的峰值后，打開調(diào)Q開關(guān)，隨即輸出單頻脈沖激光。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
[0008]一種基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻激光器，特點在于其結(jié)構(gòu)包括腔外種子注入光路、折疊從動諧振腔、電學(xué)控制處理三部分:
[0009]所述的腔外種子注入光路部分包括種子激光器，沿該種子激光器的激光輸出方向依次是隔離器、第一半波片、第一四分之一波片、與光路成45°放置的第一反射鏡和第二反射鏡、第一耦合透鏡、第二耦合透鏡組成，所述的45°反射鏡組使種子光進入所述的折疊從動諧振腔內(nèi)，并且種子光與所述的折疊從動腔的振蕩光路一致；
[0010]所述的折疊從動諧振腔依次由后腔鏡、調(diào)Q晶體、第二四分之一波片、布儒斯特角起偏器、第三四分之一波片、第一分光鏡、增益介質(zhì)、第二分光鏡、第四四分之一波片、第二半波片、電光晶體、輸出鏡組成。該折疊從動諧振腔采用雙端泵浦，一端為第一泵浦源，另一端為第二泵浦源。
[0011]所述的電學(xué)控制處理部分由光電二極管、時序控制系統(tǒng)、泵浦驅(qū)動電源、電光晶體驅(qū)動電源、調(diào)Q電路組成。所述的光電二極管設(shè)置在所述的布儒斯特角起偏器的反射光方向。所述的時序控制系統(tǒng)的輸入端與所述的光電二極管的輸出端相連，所述的時序控制系統(tǒng)的輸出端分別與所述的泵浦驅(qū)動電源的輸入端、所述的電光晶體驅(qū)動電源的輸入端，所述的調(diào)Q電路的輸入端相連。所述的泵浦驅(qū)動電源的輸出端與所述的第一泵浦源和第二泵浦源的輸入端相連，所述的電光晶體驅(qū)動電源的輸出端與所述的電光晶體的輸入端相連，所述的調(diào)Q電路的輸出端與所述的調(diào)Q晶體的輸入端相連。
[0012]所述的種子激光器輸出單頻連續(xù)激光，線寬在kHz量級。
[0013]所述的隔離器防止從動腔產(chǎn)生的激光損傷種子激光器。
[0014]所述的第一半波片和第一四分之一波片可以產(chǎn)生滿足諧振探測要求的橢圓偏振光。
[0015]所述的第一耦合透鏡和第二耦合透鏡對種子光束進行變換耦合。
[0016]所述的調(diào)Q晶體、第二四分之一波片、布儒斯特角起偏器構(gòu)成電光調(diào)Q開關(guān)。
[0017]所述的第三四分之一波片和第四四分之一波片用來消除駐波腔的空間燒孔效應(yīng)。
[0018]所述的第二半波片是為了調(diào)整種子光的偏振態(tài)，使其與電光晶體的感應(yīng)折射率主軸的方向一致。
[0019]所述的時序控制系統(tǒng)的控制過程包括下列步驟:
[0020]1.所述的時序控制系統(tǒng)在每一個周期給所述的泵浦驅(qū)動電源發(fā)出觸發(fā)信號，泵浦驅(qū)動電源檢測到觸發(fā)信號后給所述的第一泵浦源和第二泵浦源進行泵浦；
[0021]2.所述的時序控制系統(tǒng)給所述的電光晶體驅(qū)動電源發(fā)出觸發(fā)信號。該電光晶體驅(qū)動電源向所述的電光晶體施加線性斜坡掃描電壓對腔長進行掃描；
[0022]3.所述的時序控制系統(tǒng)接收所述的光電二極管的信號，當(dāng)檢測到干涉信號峰值時，向所述調(diào)Q電路發(fā)出觸發(fā)信號。該調(diào)Q電路接收到觸發(fā)信號后向所述的調(diào)Q晶體輸出電壓，激光器隨即輸出單頻脈沖激光。
[0023]本發(fā)明具有以下優(yōu)點是:
[0024]采用電光晶體調(diào)諧腔長，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的高性能的腔長反饋，保證激光器工作重頻高、頻率穩(wěn)定性高、抗干擾能力強、使用壽命長。這使得該激光器不僅能適應(yīng)一般的工作環(huán)境要求，還能適應(yīng)機載和星載要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明激光器的光學(xué)系統(tǒng)圖；
[0026]圖2是本發(fā)明激光器的電學(xué)控制處理連接圖；
[0027]圖3是電光晶體加載掃描電壓后種子光的干涉信號。
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0029]先請參照圖1，圖1是本發(fā)明種子注入單頻脈沖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可見，本發(fā)明種子注入單頻脈沖激光器包括腔外種子注入光路、折疊從動諧振腔、電學(xué)控制處理三部分:
[0030]所述的腔外種子注入光路部分包括種子激光器1-1，沿該種子激光器1-1的激光輸出方向依次是隔離器1-2、第一半波片1-3、第一四分之一波片1-4、與光路成45°放置的第一反射鏡1-5和第二反射鏡1-6、第一稱合透鏡1-7、第二稱合透鏡1-8組成,所述的45°反射鏡組1-5和1-6使種子光進入所述的折疊從動諧振腔內(nèi)，并且種子光與所述的折疊從動腔的振蕩光路一致；
[0031]所述的折疊從動諧振腔依次由后腔鏡2-1、調(diào)Q晶體2-2、第二四分之一波片2_3、布儒斯特角起偏器2-4、第三四分之一波片2-5、第一分光鏡2-7、增益介質(zhì)2-8、第二分光鏡
2-9、第四四分之一波片2-11、第二半波片2-12、電光晶體2-13、輸出鏡2_14組成。該折疊從動諧振腔采用雙端泵浦，一端為第一泵浦源2-6，另一端為第二泵浦源2-10。
[0032]所述的電學(xué)控制處理部分由光電二極管3-1、時序控制系統(tǒng)3-2、泵浦驅(qū)動電源
3-3、電光晶體驅(qū)動電源3-4、調(diào)Q電路3-5組成。所述的光電二極管3_1設(shè)置在所述的布儒斯特角起偏器2-4的反射光方向。所述的時序控制系統(tǒng)3-2的輸入端與所述的光電二極管3-1的輸出端相連，所述的時序控制系統(tǒng)3-2的輸出端分別與所述的泵浦驅(qū)動電源3-3的輸入端、所述的電光晶體驅(qū)動電源3-4的輸入端，所述的調(diào)Q電路3-5的輸入端相連。所述的泵浦驅(qū)動電源3-3的輸出端與所述的第一泵浦源2-6和第二泵浦源2-10的輸入端相連，所述的電光晶體驅(qū)動電源3-4的輸出端與所述的電光晶體2-13的輸入端相連，所述的調(diào)Q電路3-5的輸出端與所述的調(diào)Q晶體2-2的輸入端相連。
[0033]所述的種子激光器1-1輸出單頻連續(xù)激光，線寬在kHz量級。所述的隔離器1-2防止從動腔產(chǎn)生的激光損傷種子激光器。所述的第一半波片1-3和第一四分之一波片1-4可以產(chǎn)生滿足諧振探測所需要的橢圓偏振光。種子光經(jīng)后腔鏡2-1進入到諧振腔內(nèi)，經(jīng)過布儒斯特角起偏片2-4時s光被反出腔外，透過的P光再經(jīng)過一次從動諧振腔后在布儒斯特角起偏片2-4之前變成了 s光，也被反出腔外。兩次反出的s光相干涉，其干涉信號包含了腔長信息，圖3為種子光的干涉信號。所述的第一耦合透鏡1-7和第二耦合透鏡1-8對種子光束進行變換稱合，使得種子激光在從動腔內(nèi)與其振蕩光束有著同樣光斑大小。
[0034]所述的后腔鏡2-1和輸出鏡2-14都是平鏡，對1064nm激光的透射率分別為5%和60%。所述的調(diào)Q晶體2-2、第二四分之一波片2-3、布儒斯特角起偏器2-4構(gòu)成電光調(diào)Q開關(guān)。所述的調(diào)Q晶體為磷酸鈦氧銣(RTP)。所述的第一分光鏡2-7和第二分光鏡2-9都是對808nm泵浦光高透并且對1064nm振蕩激光高反；所述的增益介質(zhì)2_8為鍵合Nd:YAG。所述的第三四分之一波片2-5和第四四分之一波片2-11通過旋轉(zhuǎn)合適的角度消除駐波腔的空間燒孔效應(yīng)。所述的第二半波片2-12是為了調(diào)整種子光的偏振態(tài)，使其與電光晶體的感應(yīng)折射率主軸的方向一致。所述的電光晶體2-13為鈮酸鋰晶體。
[0035]請參照圖2，所述的時序控制系統(tǒng)3-2的控制過程包括下列步驟:
[0036]1.所述的時序控制系統(tǒng)3-2在每一個周期給所述的泵浦驅(qū)動電3-3發(fā)出觸發(fā)信號，泵浦驅(qū)動電源3-3檢測到觸發(fā)信號后給所述的第一泵浦源2-6和第二泵浦源2-10進行泵浦；
[0037]2.所述的時序控制系統(tǒng)3-3給所述的電光晶體驅(qū)動電源3-4發(fā)出觸發(fā)信號。該電光晶體驅(qū)動電源3-4向所述的電光晶體2-13施加線性斜坡掃描電壓對腔長進行掃描；[0038]3.所述的時序控制系統(tǒng)3-2接收所述的光電二極管3-1的信號，當(dāng)檢測到干涉峰值時，向所述調(diào)Q電路3-5發(fā)出觸發(fā)信號。該調(diào)Q電路3-5接收到觸發(fā)信號后向所述的調(diào)Q晶體2-2輸出電壓,激光器隨即輸出單頻脈沖激光。
[0039]下面是本發(fā)明一個具體實施例的參數(shù):
[0040]泵浦采用峰值功率為150W、中心波長為808nm的脈沖運轉(zhuǎn)激光二極管，泵浦周期為2.5ms,占空比為10%。增益介質(zhì)2 — 8采用φ 4>< ^SU11 J鍵合晶體棒YAG/Nd: YAG/YAG，中間為20mm的摻雜區(qū)，摻雜濃度為0.3at.%。諧振腔后腔鏡和輸出鏡都是平鏡，對1064nm激光的透射率分別為5%和60%。第一分光鏡2 - 7和第二分光鏡2 - 9都是對808nm泵浦光高透并且對1064nm振蕩激光高反。采用磷酸鈦氧銣(RTP)做調(diào)Q晶體2 — 2，采用鈮酸鋰晶體做電光相位調(diào)制晶體2 — 13。利用諧振探測方法獲得了種子注入單頻脈沖激光。在400Hz的脈沖重復(fù)頻率下輸出4mJ脈沖能量的1064nm單頻脈沖激光，輸出激光脈寬12ns。[0041 ] 實驗表明，本發(fā)明具有高重復(fù)頻率、高頻率穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)緊湊、工作穩(wěn)定、使用壽命長的特點。`
【權(quán)利要求】
1.一種基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器，特征在于其結(jié)構(gòu)包括腔外種子注入光路、折疊從動諧振腔、電學(xué)控制處理三部分: 所述的腔外種子注入光路部分包括種子激光器(1-1)，沿該種子激光器(1-1)的激光輸出方向依次由隔離器(1-2)、第一半波片(1-3)、第一四分之一波片(1-4)、與光路成45°放置的第一反射鏡(1-5)和第二反射鏡(1-6)、第一稱合透鏡(1-7)、第二稱合透鏡(1-8)組成，所述的45°第一反射鏡(1-5)和第二反射鏡(1-6)使種子光進入所述的折疊從動諧振腔內(nèi)，并且種子光與所述的折疊從動腔的振蕩光路一致； 所述的折疊從動諧振腔依次由后腔鏡(2-1)、調(diào)Q晶體(2-2)、第二四分之一波片(2-3)、布儒斯特角起偏器(2-4)、第三四分之一波片(2-5)、第一分光鏡(2-7)、增益介質(zhì)(2-8)、第二分光鏡(2-9)、第四四分之一波片(2-11)、第二半波片(2-12)、電光晶體(2-13)、輸出鏡(2-14)組成，該折疊從動諧振腔采用雙端泵浦，一端為第一泵浦源(2-6)，另一端為第二泵浦源(2-10)； 所述的電學(xué)控制處理部分由光電二極管(3-1)、時序控制系統(tǒng)(3-2)、泵浦驅(qū)動電源(3-3)、電光晶體驅(qū)動電源(3-4)、調(diào)Q電路(3-5)組成，所述的光電二極管(3_1)設(shè)置在所述的布儒斯特角起偏器(2-4)的反射光方向，所述的時序控制系統(tǒng)(3-2)的輸入端與所述的光電二極管(3-1)的輸出端相連，所述的時序控制系統(tǒng)(3-2)的輸出端分別與所述的泵浦驅(qū)動電源(3-3)的輸入端、所述的電光晶體驅(qū)動電源(3-4)的輸入端和所述的調(diào)Q電路(3-5)的輸入端相連，所述的泵浦驅(qū)動電源(3-3)的輸出端與所述的第一泵浦源(2-6)和第二泵浦源(2-10)的輸入端相連，所述的電光晶體驅(qū)動電源(3-4)的輸出端與所述的電光晶體(2-13)的輸入端相連，所述的調(diào)Q電路(3-5)的輸出端與所述的調(diào)Q晶體(2-2)的輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器，其特征在于所述的種子激光器(1-1)輸出單頻連續(xù)激光，線寬在kHz量級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電光晶體調(diào)諧腔長的種子注入單頻脈沖激光器，其特征在于所述的時序控制系統(tǒng)(3-2)的控制過程包括下列步驟:所述的時序控制系統(tǒng)(3-2)給所述的泵浦驅(qū)動電源(3-3)發(fā)出觸發(fā)信號，泵浦驅(qū)動電源(3-3)檢測到觸發(fā)信號后給所述的第一泵浦源(2-6)和第二泵浦源(2-10)進行泵浦；所述的時序控制系統(tǒng)(3-3)給所述的電光晶體驅(qū)動電源(3-4)發(fā)出觸發(fā)信號，該電光晶體驅(qū)動電源(3-4)向所述的電光晶體(2-13)施加線性斜坡掃描電壓對腔長進行掃描；所述的時序控制系統(tǒng)(3-2)接收所述的光電二極管(3-1)的信號，當(dāng)檢測到干涉峰值時，向所述調(diào)Q電路(3-5)發(fā)出觸發(fā)信號，該調(diào)Q電路(3-5)接收到觸發(fā)信號后向所述的調(diào)Q晶體(2-2)輸出電壓，激光器隨即輸出單頻脈沖激光。
【文檔編號】H01S3/105GK103779776SQ201310468687
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】朱小磊, 張俊旋, 臧華國 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所