本申請涉及激光器，更具體地，涉及一種高光譜純度的單頻脈沖激光器。

背景技術(shù)：

1、全固態(tài)單頻脈沖激光器具有線寬窄、噪聲低、相干性好、轉(zhuǎn)換效率高、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于激光武器、激光雷達、空間激光通信、相干光通信、高精度光譜測量、引力波探測等領(lǐng)域。然而，隨著科學研究的不斷深入，這些領(lǐng)域?qū)θ虘B(tài)單頻脈沖激光器提出了更高的要求，不僅需要激光器的輸出功率更高，而且需要光譜純度更好，也就是激光器的線寬要盡可能窄。這是因為，激光器的輸出功率越高，作用強度越大，可傳播的距離就越遠；而光譜純度越高，輸出激光的時間相干性就越好，相位噪聲也就越低，同時在傳輸過程中的色散也會更小，從而可以有效提高干涉儀的分辨率、光纖通信的信道數(shù)，進而實現(xiàn)超高精度、超遠距離以及極微弱信號的測量。然而，由于脈沖激光器的增益遠大于損耗，脈沖激光器無法像連續(xù)激光器那樣通過工作在增益飽和狀態(tài)下，利用長時間的模式競爭效應(yīng)實現(xiàn)單頻輸出，而必須在激光脈沖建立過程中通過增加模式損耗差和激光往返次數(shù)來不斷提高主模的占比，達到更高的光譜純度。

2、因此，為了實現(xiàn)單頻脈沖激光的產(chǎn)生，人們普遍采用了三種方法：一是引申單頻連續(xù)激光器的做法，在諧振腔內(nèi)插入標準具等選模元件增加模式損耗差，但這種方法帶來的模式損耗差在高功率下不足以抑制次模的產(chǎn)生，從而無法獲得高光譜純度的脈沖激光，同時會帶來非常大的線性損耗。二是利用飽和吸收體被動調(diào)q選模，通過增大激光脈沖的建立時間來延長主模和次模的模式競爭過程，從而實現(xiàn)單頻脈沖激光的產(chǎn)生。但飽和吸收體在高功率激光輸出時會漂白，失去增加模式競爭時間的作用，從而降低光譜純度。同時在實驗中，飽和吸收體需要結(jié)合短腔法才能獲得單頻輸出；三是外部種子光注入，這種方法在一定程度上提高了單頻脈沖激光的輸出功率，但在一定的種子光功率下，激光光譜純度同樣會隨著輸出功率的增大而降低，同時這種方法需要另一個激光器作為種子光，加大了系統(tǒng)的復雜性。

3、總的來說，上述幾種方法主要是基于脈沖建立時對損耗或者激光往返次數(shù)的線性調(diào)制來不斷提高輸出激光的光譜純度，存在作用時間長和引入的模式損耗差不足的問題，而這對于產(chǎn)生過程本身非常短的脈沖激光來說是難以獲得高光譜純度的。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本申請?zhí)峁┮环N高光譜純度的單頻脈沖激光器，利用非線性光學調(diào)制器中非線性晶體具有非線性效應(yīng)與激光光強的平方成正比的特性以及非線性晶體內(nèi)發(fā)生的和頻過程拉大了主模和次模之間的損耗差，主模光子數(shù)比重上升，同時光脈沖發(fā)生裝置帶來的較高的振蕩光峰值功率和增益介質(zhì)的模式競爭使得次模在較短時間內(nèi)迅速湮滅，從而實現(xiàn)高光譜純度的單頻脈沖激光輸出。

2、本申請?zhí)峁┝艘环N高光譜純度的單頻脈沖激光器，包括泵浦光處理系統(tǒng)、有源諧振腔、增益介質(zhì)、光脈沖發(fā)生裝置和非線性光學調(diào)制器；

3、增益介質(zhì)設(shè)置在有源諧振腔的輸入鏡的出射光路上，泵浦光處理系統(tǒng)用于將泵浦光耦合進增益介質(zhì)中；

4、光脈沖發(fā)生裝置和非線性光學調(diào)制器均放置于有源諧振腔中，光脈沖發(fā)生裝置用于調(diào)節(jié)有源諧振腔的損耗從而形成脈沖光，非線性光學調(diào)制器用于快速加大諧振腔內(nèi)不同模式之間的損耗差，從而產(chǎn)生高光譜純度的單頻脈沖激光；

5、非線性光學調(diào)制器包括非線性晶體，非線性晶體設(shè)置在增益介質(zhì)與有源諧振腔的輸出鏡之間的光路上。

6、優(yōu)選地，非線性光學調(diào)制器還包括精密溫控儀，精密溫控儀用于對非線性晶體進行溫度控制。

7、優(yōu)選地，光脈沖發(fā)生裝置為調(diào)q元件。

8、優(yōu)選地，有源諧振腔為行波腔。

9、優(yōu)選地，行波腔內(nèi)的調(diào)q元件包括聲光晶體、聲光驅(qū)動器和第一信號發(fā)生器，聲光晶體設(shè)置在增益介質(zhì)與有源諧振腔的第一輸出鏡之間的光路上，聲光驅(qū)動器用于給聲光晶體提供射頻信號，第一信號發(fā)生器用于控制聲光驅(qū)動器開啟和關(guān)閉。

10、優(yōu)選地，泵浦光處理系統(tǒng)包括均設(shè)置在有源諧振腔的外側(cè)的泵浦光提供裝置和泵浦光耦合系統(tǒng)。

11、優(yōu)選地，有源諧振腔的輸出光路上設(shè)有第一平面鏡，第一平面鏡鍍有對基頻光的高反膜和對倍頻光和和頻光的高透膜。

12、優(yōu)選地，有源諧振腔為駐波腔。

13、優(yōu)選地，泵浦光處理系統(tǒng)設(shè)置在有源諧振腔內(nèi)。

14、優(yōu)選地，相對于光脈沖發(fā)生裝置，非線性光學調(diào)制器更靠近有源諧振腔的第二輸出鏡，光脈沖發(fā)生裝置與非線性光學調(diào)制器之間設(shè)有第二平面鏡，第二平面鏡鍍有對基頻光的高透膜和對倍頻光和和頻光的高反膜。

15、通過以下參照附圖對本申請的示例性實施例的詳細描述，本申請的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。

技術(shù)特征：

1.一種高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，包括泵浦光處理系統(tǒng)、有源諧振腔、增益介質(zhì)、光脈沖發(fā)生裝置和非線性光學調(diào)制器；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述非線性光學調(diào)制器還包括精密溫控儀，所述精密溫控儀用于對所述非線性晶體進行溫度控制。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述光脈沖發(fā)生裝置為調(diào)q元件。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述有源諧振腔為行波腔。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述行波腔內(nèi)的調(diào)q元件包括聲光晶體、聲光驅(qū)動器和第一信號發(fā)生器，所述聲光晶體設(shè)置在所述增益介質(zhì)與所述有源諧振腔的第一輸出鏡之間的光路上，所述聲光驅(qū)動器用于給所述聲光晶體提供射頻信號，所述第一信號發(fā)生器用于控制所述聲光驅(qū)動器開啟和關(guān)閉。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述泵浦光處理系統(tǒng)包括均設(shè)置在所述有源諧振腔的外側(cè)的泵浦光提供裝置和泵浦光耦合系統(tǒng)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述有源諧振腔的輸出光路上設(shè)有第一平面鏡，所述第一平面鏡鍍有對基頻光的高反膜和對倍頻光和和頻光的高透膜。

8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述有源諧振腔為駐波腔。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，所述泵浦光處理系統(tǒng)設(shè)置在所述有源諧振腔內(nèi)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高光譜純度的單頻脈沖激光器，其特征在于，相對于所述光脈沖發(fā)生裝置，所述非線性光學調(diào)制器更靠近所述有源諧振腔的第二輸出鏡，所述光脈沖發(fā)生裝置與所述非線性光學調(diào)制器之間設(shè)有第二平面鏡，所述第二平面鏡鍍有對基頻光的高透膜和對倍頻光和和頻光的高反膜。

技術(shù)總結(jié)
本申請公開了一種高光譜純度的單頻脈沖激光器，包括泵浦光處理系統(tǒng)、有源諧振腔、增益介質(zhì)、光脈沖發(fā)生裝置和非線性光學調(diào)制器；增益介質(zhì)設(shè)置在有源諧振腔的輸入鏡的出射光路上；光脈沖發(fā)生裝置和非線性光學調(diào)制器均放置于有源諧振腔中，光脈沖發(fā)生裝置用于調(diào)節(jié)有源諧振腔的損耗從而形成脈沖光，非線性光學調(diào)制器用于快速加大諧振腔內(nèi)不同模式之間的損耗差，從而產(chǎn)生高光譜純度的單頻脈沖激光；非線性光學調(diào)制器包括非線性晶體，非線性晶體設(shè)置在增益介質(zhì)與有源諧振腔的輸出鏡之間的光路上。本申請利用非線性晶體、光脈沖發(fā)生裝置和增益介質(zhì)使得次模在較短時間內(nèi)迅速湮滅，從而實現(xiàn)高光譜純度的單頻脈沖激光輸出。

技術(shù)研發(fā)人員：盧華東,張艷林,楊婕,靳丕铦,彭堃墀
受保護的技術(shù)使用者：山西大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19