專利名稱：具有棱鏡分束器的雙波長雙脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光應(yīng)用技術(shù)，也涉及大氣污染檢測技術(shù)。
在用于檢測大氣污染的差分吸收激光雷達(dá)中，雙波長激光器是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。由于其工作機(jī)理是通過測量兩個(gè)相繼輸出不同波長的激光脈沖回波信號來計(jì)算出大氣污染物(如SO2，NO2等)的濃度，因此，對從激光器輸出的激光脈沖信號有較高的要求即要求從一個(gè)激光脈沖切換到另一個(gè)激光脈沖的時(shí)間間隔應(yīng)控制在很短時(shí)間內(nèi)(例如數(shù)微秒到十毫秒內(nèi))，并可以在某一范圍內(nèi)作出調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有技術(shù)中的一般激光器尚不能滿足以上要求。1995年1月，德國“光學(xué)和光電子學(xué)新聞”遙感專集中發(fā)表了一篇題為“車載全固化激光雷達(dá)系統(tǒng)的三維大氣污染監(jiān)測”的論文(J.P.wolf，“3-Dminitoring of air pollution using mobile′All-Solid-State′lidar system”，optics & photonicsNews，Jan，1995，P27)，文中公開了一種使用具有平行表面的棱鏡旋轉(zhuǎn)的方法來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長切換的方法。分析該方案可以發(fā)現(xiàn)，所述雙波長的切換時(shí)間取決于氙燈和激光晶體所能承受的最高工作頻率，假定激光晶體所能承受的重復(fù)工作頻率很高，但氙燈的重復(fù)工作頻率一般只能達(dá)到20次/秒到50次/秒，則其雙波長的切換時(shí)間最短只能在50毫秒到20毫秒之間。另一方面，所述雙波長的切換需由電機(jī)帶動棱鏡旋轉(zhuǎn)來完成，激光器中需增設(shè)一個(gè)較復(fù)雜的時(shí)序自動控制裝置，并且在諧波技術(shù)中需增設(shè)一臺能從一個(gè)脈沖波長的位相匹配角到另一個(gè)脈沖波長的位相匹配角之間的快速高精度角度自動調(diào)節(jié)裝置，其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。1992年美國國家航空和宇宙航行局的Langley研究中心在固體激光器的國際會議上發(fā)表了一篇題為“NdYAG雙脈沖激光系統(tǒng)的特性”(J.A.Williams-Byrd，et al，NASA Langley Reserch Center，Hampton，Virginia 23665；C，Banziger，et al.，STX Corporation，28 Reseoreh Drive，Hampton，VA 23666“Characterizationof a NdYAG Double Pulsed Laser Systen”，SPIE Vol，1627 solid state lasers III 1992，P74)的論文，文中描述了用于差分吸收激光雷達(dá)的鈦寶石雙波長激光器，該激光器是用另一臺NdYAG雙脈沖激光器泵浦的。文中公開了其NdYAG激光器是用并聯(lián)脈沖成形網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生雙脈沖的技術(shù)。文中指出，其第二個(gè)脈沖的能量依賴于兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間隔和激光器能量的抽取效率，即兩個(gè)脈沖之間的能量相對大小較難控制，因而其使用場合受到限制。
本實(shí)用新型的目的在于，利用折射棱鏡的折射特性，使從激光器輸出的激光分為兩束，從而提供一種具有棱鏡分束器的雙波長雙脈沖激光器。
本實(shí)用新型所述的激光器，包括現(xiàn)有激光技術(shù)中的耦合輸出鏡、Q開關(guān)晶體、可調(diào)諧激光晶體及氙燈、色散棱鏡和全反射鏡，其特征在于，在從可調(diào)諧激光晶體發(fā)出的激光光路上設(shè)置有一個(gè)由棱鏡構(gòu)成的分束器，在分束后的兩條光路上分別設(shè)有色散棱鏡、Q開關(guān)晶體及全反射鏡。所述兩個(gè)Q開關(guān)晶體分別通過各自的延時(shí)器連接在激光器中的脈沖觸發(fā)器上。所述的分束器能夠由兩塊三棱鏡組合構(gòu)成，兩棱鏡的折射頂棱相對、并均與可調(diào)諧激光晶體軸線成垂直方向前后放置在可調(diào)節(jié)高度及左右的二維工作臺上，可調(diào)諧激光晶體軸線通過前一個(gè)分束棱鏡的折射頂棱，以及后一個(gè)分束棱鏡的折射頂棱或其鏡內(nèi)近處，該軸線與兩個(gè)棱鏡的前通光面法線的夾角均等于布儒斯特角；所述的分束器也能夠由一塊放置在二維工作臺上的菱形棱鏡和兩塊色散棱鏡構(gòu)成，其菱形棱鏡頂棱相背、底面連成一體，放置時(shí)使可調(diào)諧激光晶體軸線通過其底角的棱線，該軸線與該鏡兩個(gè)前通光面法線的夾角均等于布儒斯特角，所述其中的兩塊色散棱鏡分別放置在菱形棱鏡后通光面的近處，其前通光面分別和菱形棱鏡的兩個(gè)后通光面相對，并相互平行。
本實(shí)用新型所述的激光器，其從可調(diào)諧激光晶體發(fā)出的激光束在水平面上被分為左、右兩部分分別進(jìn)入由棱鏡構(gòu)成的分束器，從分束器輸出的光束分為兩路進(jìn)入各自的色散棱鏡及全反射鏡，通過調(diào)整兩個(gè)全反射鏡的方位角，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同波長的選取，由于該方位角的調(diào)整比較方便，因此當(dāng)其用于差分吸收激光雷達(dá)時(shí)，能使有關(guān)控制系統(tǒng)大為簡化。
本實(shí)用新型所述的激光器，從分束器輸出的是兩條方向不同的光束，分別進(jìn)入不同的光路。在兩條光路上分別設(shè)置有一個(gè)Q開關(guān)晶體，并通過各自的延時(shí)器與脈沖觸發(fā)器連接?？刂蒲訒r(shí)器的延時(shí)時(shí)間，即能先后產(chǎn)生兩個(gè)激光脈沖，從而滿足雙脈沖雙波長的需要，兩個(gè)脈沖的時(shí)間間距可在數(shù)微秒到10微秒內(nèi)調(diào)節(jié)。
與前面所述的現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn)首先，由于所采用的棱鏡分束器在水平面內(nèi)將激光分為左右兩部分，該兩部分分別產(chǎn)生各自波長的一個(gè)脈沖，控制延時(shí)器的延時(shí)時(shí)間，能使所獲得的兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔最短控制在數(shù)微秒之內(nèi)，因此其特別適合于差分吸收激光雷達(dá)在大氣測污方面的應(yīng)用；其次，本激光器如果在垂直于激光晶體軸線的方向平行移動棱鏡分束器，就能有效調(diào)節(jié)兩個(gè)脈沖能量之間的相對大小，以滿足不同場合的使用需求；另一方面，本激光器的激光腔內(nèi)沒有轉(zhuǎn)動元件和控制裝置，不僅使結(jié)構(gòu)大為簡化，有利于光路的安排，而且免去了振動及噪聲，使運(yùn)行更為平穩(wěn)可靠。
下面通過附圖實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步描述。


圖1是本實(shí)用新型所述激光器實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，(1)為耦合輸出鏡，(2)為可調(diào)諧激光晶體，(3)氙燈，(4)為棱鏡分束器，(5)為色散棱鏡1，(6)為開關(guān)晶體Q1，(7)為全反射鏡M1，(8)為色散棱鏡2，(9)開關(guān)晶體Q2。(10)為全反射鏡M2圖2是本實(shí)用新型所述開關(guān)晶體與氙燈連接情況的實(shí)施例電路框圖。
圖中，(3)為氙燈，(6)為開關(guān)晶體Q1，(9)為開關(guān)晶體Q2，(11)為電源，(12)為脈沖觸發(fā)器，(13)為延時(shí)器2，(14)為延時(shí)器1。
本電路的工作過程是，當(dāng)氙燈(3)發(fā)光時(shí)，兩個(gè)晶體開關(guān)(6)、(9)上均已施加高壓，光路不通，不能產(chǎn)生激光。當(dāng)激光晶體的上能級粒子數(shù)逐步積累到最大粒子數(shù)時(shí)，兩個(gè)延時(shí)器(13)、(14)分別使觸發(fā)脈沖延時(shí)適當(dāng)時(shí)間，先后導(dǎo)通各路上的高壓閘流管，使Q1和Q2開關(guān)晶體上的高壓快速釋放，左右兩部分光路被先后導(dǎo)通，產(chǎn)生各自的激光脈沖。兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間距由兩個(gè)延時(shí)器的延遲時(shí)間之差決定。
圖3是本實(shí)用新型所述由兩塊三棱鏡構(gòu)成的分束器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本實(shí)用新型所述由一塊菱形棱鏡和兩塊色散棱鏡構(gòu)成的分束器實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
參見圖3，三棱鏡(15)和三棱鏡(16)的折射頂棱相對，并均呈鉛垂方向放置在可調(diào)節(jié)高度及左右方位的二維平臺(17)上。0-0為可調(diào)諧激光晶體軸線，該軸線通過在前的三棱鏡(15)的頂棱，其后的三棱鏡(16)頂棱在0-0軸線方向與前者相距3mm左右。為保證激光不外泄漏，，三棱鏡(16)的折射頂棱的位置偏離0-0軸線延長線2mm左右，即從左朝右看時(shí)，兩個(gè)棱鏡略有重疊，則可調(diào)諧激光晶體軸線通過三棱鏡(16)的鏡內(nèi)相距頂棱不遠(yuǎn)處，圖中所示箭頭表示激光束行進(jìn)路線。
參見圖4，(18)為菱形棱鏡，按圖示方式放置在可調(diào)節(jié)高度和左、右方位的二維平臺(17)上，該棱鏡頂棱相背、兩底連成一體，可調(diào)諧激光晶體軸線0-0通過它的底角棱線，(19)為兩塊色散菱鏡，它們的前通光面與菱形菱鏡的兩個(gè)后通光面相對，并相互平行。圖中所示箭頭方向表示激光束行進(jìn)路線。
權(quán)利要求1.一種具有棱鏡分束器的雙波長雙脈沖激光器，包括現(xiàn)有激光技術(shù)中的耦合輸出鏡，Q開關(guān)晶體，可調(diào)諧激光晶體，色散棱鏡和全反射鏡，其特征在于，在從可調(diào)諧激光晶體發(fā)出的激光光路上設(shè)置有一個(gè)由棱鏡構(gòu)成的分束器，在分束后的兩條光路上分別設(shè)有色散棱鏡、Q開關(guān)晶體及全反射鏡；所述兩個(gè)Q開關(guān)晶體分別通過各自的延時(shí)器連接在激光器中的脈沖觸發(fā)器上。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述的分束器能夠由兩塊三棱鏡組合構(gòu)成，兩棱鏡的折射頂棱相對、并均與可調(diào)諧激光晶體軸線成垂直方向前后放置在可調(diào)節(jié)高度及左、右方位的二維平臺上，可調(diào)諧激光晶體軸線通過前一個(gè)分束棱鏡的折射頂棱，以及后一個(gè)分束棱鏡的折射頂棱或其鏡內(nèi)近處，該軸線與兩個(gè)棱鏡的前通光面法線的夾角均等于布儒斯特角。
3.如權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述的分束器也能夠由一塊放置在二維平臺上的菱形棱鏡和兩塊色散棱鏡構(gòu)成，該菱形棱鏡頂棱相背、底面連成一體，可調(diào)諧激光晶體軸線通過其底角的棱線，該軸線與棱鏡兩個(gè)前通光面法線的夾角均等于布儒斯特角，所述其中的兩塊色散棱鏡分別放置在菱形棱鏡后通光面的近處，其前通光面分別和菱形棱鏡的兩個(gè)后通光面相對，并相互平行。
專利摘要本實(shí)用新型一種具有棱鏡分束器的雙波長雙脈沖激光管涉及激光應(yīng)用技術(shù)。本激光器在可調(diào)諧激光光路上設(shè)置有一個(gè)由棱鏡構(gòu)成的分束器,分束后的兩條光路上分別有色散棱鏡、Q開關(guān)晶體及全反射鏡;兩個(gè)Q開關(guān)晶體分別通過各自的延時(shí)器連接在激光器中的脈沖觸發(fā)器上。分束器由折射界面入射角為布儒斯特角的兩塊三棱鏡或一塊菱形棱鏡和兩塊色散棱鏡組合構(gòu)成,本激光器雙波長切換時(shí)間能達(dá)到數(shù)微秒,其結(jié)構(gòu)簡單,無振動及噪聲。特別適用于檢測大氣污染程度的差分吸收激光雷達(dá)中。
文檔編號H01S3/00GK2362210SQ9920618
公開日2000年2月2日 申請日期1999年3月26日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月26日
發(fā)明者謝建平 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)