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      一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器的制造方法

      文檔序號:7008387閱讀:288來源:國知局
      一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器的制造方法
      【專利摘要】一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,涉及雷達的光源系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有2μm固體激光器輸出激光透過率和轉(zhuǎn)換效率低,且設(shè)備體積大的問題。本發(fā)明所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,選用LD泵浦的Tm,Ho:YAG激光器作為種子光源,光纖激光器泵浦的單摻Ho:YAG激光器作為振蕩器,得到了單頻脈沖2.09μm激光輸出;同時本發(fā)明運用種子激光注入鎖定技術(shù),在調(diào)Q重復(fù)頻率為100Hz時,獲得單脈沖能量達到7.6mJ的2090.9nm單頻脈沖激光輸出;并且本發(fā)明全部采用固態(tài)器件,得到了全固態(tài)的激光器。本發(fā)明能夠為差分吸收激光雷達和相干多普勒測風(fēng)雷達提供適合的光源。
      【專利說明】一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明屬于雷達的光源系統(tǒng)領(lǐng)域。
      【背景技術(shù)】
      [0002]差分吸收激光雷達和相干多普勒測風(fēng)雷達是實時測量氣體成分和大氣風(fēng)場的有力工具,憑借較高的大氣傳輸透過率,2 μ m種子注入單頻脈沖固體激光器是上述激光雷達的高性能激光發(fā)射源。根據(jù)大氣透過率譜,相同功率下波長越長的2 μ m激光的傳輸距離越遠,越有利于增大激光雷達的測量距離。激光二極管,LD,直接泵浦的2 μ m固體激光裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定及易于維護等的優(yōu)點,非常適合于實際應(yīng)用。LD泵浦的Tm\Ho摻雜材料是實現(xiàn)2 μ m輸出的有效途徑,主要有:(I) 800nm左右LD泵浦單摻Tm材料;(2) 1.9 μ m左右LD泵浦單摻Ho材料;(3) 800nm左右LD泵浦Tm,Ho雙摻材料。方法(I)由于其增益峰集中在1.9 μ m左右,難以得到大氣透過率更高的2.1 μ m波長激光;方法⑵可以實現(xiàn)2.1ym波長激光輸出,但是目前的1.9 μ m左右LD制作工藝不成熟,導(dǎo)致整個裝置轉(zhuǎn)換效率低、廢熱量大;方法(3)通常要使用低溫制冷設(shè)備才能有效運轉(zhuǎn),不方便實際應(yīng)用。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有2μπι固體激光器輸出激光透過率和轉(zhuǎn)換效率低的問題,現(xiàn)提供一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器。
      [0004]一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,它包括:Tm,HckYAG種子激光器、Ho:YAG脈沖激光器和注入鎖頻伺服系統(tǒng);
      [0005]所述Tm,Ho: YAG種子激光器包括:第一全反鏡、Tm,HoiYAG晶體、起偏元件、第一波長調(diào)諧元件、第二波長調(diào)諧元件、輸出耦合鏡和激光二極管;
      [0006]所述Ho: YAG脈沖激光器包括:2μηι輸出稱合鏡、第一 2 μ m全反鏡、Ho: YAG晶體、第二 2 μ m全反鏡、第三2 μ m全反鏡、聲光調(diào)Q晶體和光纖激光器;
      [0007]激光二極管發(fā)出的LD泵浦光依次經(jīng)過第一全反鏡、Tm, HoiYAG晶體、起偏元件、第一波長調(diào)諧元件、第二波長調(diào)諧元件和輸出耦合鏡透射出Tm,HckYAG種子激光器,Tm, Ho: YAG種子激光器輸出的激光作為種子激光;
      [0008]2 μ m輸出I禹合鏡13、第一 2 μ m全反鏡14、Ho: YAG晶體15、第二 2 μ m全反鏡16、第三2 μ m全反鏡17和聲光調(diào)Q晶體18構(gòu)成了一個環(huán)形腔,2 μ m輸出耦合鏡將其接收到的種子激光透射到第一 2 μ m全反鏡上,第一 2 μ m全反鏡將該種子激光反射到Ho = YAG晶體的一端,光纖激光器發(fā)出的泵浦光透過第一 2 μ m全反鏡入射到HckYAG晶體的一端,Ho:YAG晶體的另一端輸出的激勵光經(jīng)過第二 2 μ m全反鏡透射出Ho: YAG脈沖激光器,Ho: YAG晶體的另一端輸出的種子激光入射到第二 2 μ m全反鏡上,第二 2 μ m全反鏡將該種子激光反射到第三2 μ m全反鏡上,第三2 μ m全反鏡將該種子激光分束為反射光和透射光,該反射光入射到聲光調(diào)Q晶體中,該透射光經(jīng)第三2 μ m全反鏡透射出Ho: YAG脈沖激光器,聲光調(diào)Q晶體輸出的單頻脈沖激光經(jīng)過2 μ m輸出耦合鏡透射出Ho: YAG脈沖激光器;[0009]注入鎖頻伺服系統(tǒng)的驅(qū)動端用于驅(qū)動第三2 μ m全反鏡對其接收到的種子激光進行諧振掃描,注入鎖頻伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端連接聲光調(diào)Q晶體的控制信號輸入端。
      [0010]它還包括:耦合系統(tǒng),所述耦合系統(tǒng)包括:變換透鏡、二分之一波片、光學(xué)隔離元件、第二全反鏡、第三全反鏡和變換透鏡;
      [0011]變換透鏡將其接收到的種子激光依次通過二分之一波片和光學(xué)隔離元件透射到第二全反鏡上,第二全反鏡將該種子激光反射到第三全反鏡上,第三全反鏡將該種子激光反射到變換透鏡上,變換透鏡將該種子激光透射出耦合系統(tǒng)。
      [0012]所述注入鎖頻伺服系統(tǒng)包括:壓電陶瓷、紅外探測器和電學(xué)伺服系統(tǒng);
      [0013]壓電陶瓷的驅(qū)動端作為注入鎖頻伺服系統(tǒng)的驅(qū)動端,壓電陶瓷的驅(qū)動信號輸入端連接電學(xué)伺服系統(tǒng)的驅(qū)動信號輸出端,紅外探測器用于探測第三2 μ m全反鏡透射出的種子激光的諧振強度,紅外探測器的電信號輸出端連接電學(xué)伺服系統(tǒng)的電信號輸入端,電學(xué)伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端作為注入鎖頻伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端。
      [0014]本發(fā)明所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,選用LD泵浦的Tm, HoiYAG激光器作為種子光源,選用光纖激光器泵浦的單摻HckYAG激光器作為振蕩器,得到了雷達系統(tǒng)所需要的單頻脈沖2.09 μ m激光輸出;同時本發(fā)明運用種子激光注入鎖定技術(shù),在調(diào)Q重復(fù)頻率為IOOHz時,獲得單脈沖能量達到7.6mJ的2090.9nm單頻脈沖激光輸出,激光線寬為3.5MHz,脈沖寬度為132ns ;并且本發(fā)明全部采用固態(tài)器件,得到了全固態(tài)的激光器。本發(fā)明所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器能夠為差分吸收激光雷達和相干多普勒測風(fēng)雷達提供適合的光源。
      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0015]圖1是一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
      【具體實施方式】
      [0016]【具體實施方式】一:參照圖1具體說明本實施方式,本實施方式所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,它包括:Tm,Ho: YAG種子激光器、Ho: YAG脈沖激光器和注入鎖頻伺服系統(tǒng);
      [0017]所述Tm,Ho: YAG種子激光器包括:第一全反鏡1、Tm, Ho: YAG晶體2、起偏元件3、第一波長調(diào)諧元件4、第二波長調(diào)諧元件5、輸出耦合鏡6和激光二極管22 ;
      [0018]所述Ho: YAG脈沖激光器包括:2μπι輸出耦合鏡13、第一 2μπι全反鏡14、Ho: YAG晶體15、第二 2 μ m全反鏡16、第三2 μ m全反鏡17、聲光調(diào)Q晶體18和光纖激光器23 ;
      [0019]激光二極管22發(fā)出的LD泵浦光依次經(jīng)過第一全反鏡1、Tm, HoiYAG晶體2、起偏元件3、第一波長調(diào)諧元件4、第二波長調(diào)諧元件5和輸出耦合鏡6透射出Tm,HoiYAG種子激光器,Tm, HoiYAG種子激光器輸出的激光作為種子激光;
      [0020]2 μ m輸出f禹合鏡13、第一 2 μ m全反鏡14、Ho:YAG晶體15、第二 2 μ m全反鏡16、第三2 μ m全反鏡17和聲光調(diào)Q晶體18構(gòu)成了一個環(huán)形腔,2 μ m輸出耦合鏡13將其接收到的種子激光透射到第一 2 μ m全反鏡14上,第一 2 μ m全反鏡14將該種子激光反射到HckYAG晶體15的一端,光纖激光器23發(fā)出的泵浦光透過第一 2 μ m全反鏡14入射到Ho:YAG晶體15的一端,Ho:YAG晶體15的另一端輸出的激勵光經(jīng)過第二 2 μ m全反鏡16透射出HckYAG脈沖激光器,Ho:YAG晶體15的另一端輸出的種子激光入射到第二 2 μ m全反鏡16上,第二2 μ m全反鏡16將該種子激光反射到第三2 μ m全反鏡17上,第三2 μ m全反鏡17將該種子激光分束為反射光和透射光,該反射光入射到聲光調(diào)Q晶體18中,該透射光經(jīng)第三2 μ m全反鏡17透射出Ho:YAG脈沖激光器,聲光調(diào)Q晶體18輸出的單頻脈沖激光經(jīng)過2 μ m輸出耦合鏡13透射出HckYAG脈沖激光器;
      [0021]注入鎖頻伺服系統(tǒng)的驅(qū)動端用于驅(qū)動第三2 μ m全反鏡17對其接收到的種子激光進行諧振掃描,注入鎖頻伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端連接聲光調(diào)Q晶體18的控制信號輸入端。
      [0022]起偏元件3能夠保證Tm,HoiYAG種子激光器輸出的種子激光為線偏振激光;第一波長調(diào)諧元件4和第二波長調(diào)諧元件5能夠限制Tm,Ho: YAG種子激光器輸出的種子激光為單縱模激光。
      [0023]【具體實施方式】二:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,它還包括:耦合系統(tǒng),所述耦合系統(tǒng)包括:變換透鏡7、二分之一波片8、光學(xué)隔離元件9、第二全反鏡10、第三全反鏡11和變換透鏡12 ;
      [0024]變換透鏡7將其接收到的種子激光依次通過二分之一波片8和光學(xué)隔離元件9透射到第二全反鏡10上,第二全反鏡10將該種子激光反射到第三全反鏡11上,第三全反鏡11將該種子激光反射到變換透鏡12上,變換透鏡12將該種子激光透射出耦合系統(tǒng)。
      [0025]【具體實施方式】三:本實施方式是對【具體實施方式】一所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,所述注入鎖頻伺服系統(tǒng)包括:壓電陶瓷19、紅外探測器20和電學(xué)伺服系統(tǒng)21 ;
      [0026]壓電陶瓷19的驅(qū)動端作為注入鎖頻伺服系統(tǒng)的驅(qū)動端,壓電陶瓷19的驅(qū)動信號輸入端連接電學(xué)伺服系統(tǒng)21的驅(qū)動信號輸出端,紅外探測器20用于探測第三2 μ m全反鏡17透射出的種子激光的諧振強度,紅外探測器20的電信號輸出端連接電學(xué)伺服系統(tǒng)21的電信號輸入端,電學(xué)伺服系統(tǒng)21的控制信號輸出端作為注入鎖頻伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端。
      [0027]紅外探測器20將其探測到的種子激光諧振強度轉(zhuǎn)換為電信號,并將該電信號發(fā)送給電學(xué)伺服系統(tǒng)21,電學(xué)伺服系統(tǒng)21將該電信號進行放大和整形,然后向聲光調(diào)Q晶體18發(fā)送控制信號,實現(xiàn)HckYAG單頻脈沖激光振蕩。
      [0028]【具體實施方式】四:本實施方式是對【具體實施方式】二所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的
      2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,第一全反鏡I的入射面、Tm, HoiYAG晶體2的兩面、第二全反鏡10的反射面和第三全反鏡11的反射面均鍍有對LD泵浦光透過率大于99.5%且振蕩光反射率大于99.7%的介質(zhì)膜。
      [0029]【具體實施方式】五:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,2 μ m輸出I禹合鏡13、第一 2 μ m全反鏡14、HoiYAG晶體15、第二 2μπι全反鏡16、第三2μπι全反鏡17和聲光調(diào)Q晶體18構(gòu)成的環(huán)形腔的物理長度為2.Sm。
      [0030]【具體實施方式】六:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,輸出耦合鏡6對震蕩光的透過率為2%,輸出耦合鏡6的入射面鍍有LD泵浦光透過率大于99.5%的介質(zhì)膜。
      [0031]【具體實施方式】七:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,2 μ m輸出耦合鏡13為曲率半徑為IOOOmm的平凹鏡,2 μ m輸出耦合鏡13的凹面鍍有對振蕩光透過率為18%的介質(zhì)膜。
      [0032]【具體實施方式】八:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,第一 2 μ m全反鏡14的反射面、第二 2 μ m全反鏡16的反射面和第三2 μ m全反鏡17凹面均鍍有對LD泵浦光透過率大于99.5%且振蕩光反射率大于99.7%的介質(zhì)膜。
      [0033]【具體實施方式】九:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,第三2 μ m全反鏡17為曲率半徑為IOOOmm的平凹鏡。
      [0034]【具體實施方式】十:本實施方式是對【具體實施方式】一、二或三所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器作進一步說明,本實施方式中,激光二極管22的波長為785nm。
      【權(quán)利要求】
      1.一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,它包括:Tm,HckYAG種子激光器、Ho: YAG脈沖激光器和注入鎖頻伺服系統(tǒng); 所述Tm,HckYAG種子激光器包括:第一全反鏡(I)、Tm,HoiYAG晶體(2)、起偏元件(3)、第一波長調(diào)諧元件(4)、第二波長調(diào)諧元件(5)、輸出耦合鏡(6)和激光二極管(22); 所述HckYAG脈沖激光器包括:2 μ m輸出耦合鏡(13)、第一 2 μ m全反鏡(14)、HoiYAG晶體(15)、第二 2 μ m全反鏡(16)、第三2 μ m全反鏡(17)、聲光調(diào)Q晶體(18)和光纖激光器(23); 激光二極管(22)發(fā)出的LD泵浦光依次經(jīng)過第一全反鏡(I)、Tm, HoiYAG晶體(2)、起偏元件(3)、第一波長調(diào)諧元件(4)、第二波長調(diào)諧元件(5)和輸出耦合鏡(6)透射出Tm, Ho: YAG種子激光器,Tm, Ho: YAG種子激光器輸出的激光作為種子激光; 2“111輸出耦合鏡(13)、第一24 111全反鏡(14)、Ho: YAG晶體(15)、第二 2 μ m全反鏡(16 )、第三2 μ m全反鏡(17 )和聲光調(diào)Q晶體(18 )構(gòu)成了一個環(huán)形腔,2 μ m輸出耦合鏡(13)將其接收到的種子激光透射到第一 2 μ m全反鏡(14)上,第一 2 μ m全反鏡(14)將該種子激光反射到HckYAG晶體(15)的一端,光纖激光器(23)發(fā)出的泵浦光透過第一 2 μ m全反鏡(14)入射到HckYAG晶體(15)的一端,HoiYAG晶體(15)的另一端輸出的激勵光經(jīng)過第二 2μπι全反鏡(16)透射出HckYAG脈沖激光器,HoiYAG晶體(15)的另一端輸出的種子激光入射到第二 2μηι全反鏡(16)上,第二 2 μ m全反鏡(16)將該種子激光反射到第三2 μ m全反鏡(17)上,第三2 μ m全反鏡(17)將該種子激光分束為反射光和透射光,該反射光入射到聲光調(diào)Q晶體(18)中,該透射光經(jīng)第三2μπι全反鏡(17)透射出Ho:YAG脈沖激光器,聲光調(diào)Q晶體(18)輸出的單頻脈沖 激光經(jīng)過2 μ m輸出耦合鏡(13)透射出HckYAG脈沖激光器; 注入鎖頻伺服系統(tǒng)的驅(qū)動端用于驅(qū)動第三2 μ m全反鏡(17)對其接收到的種子激光進行諧振掃描,注入鎖頻伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端連接聲光調(diào)Q晶體(18)的控制信號輸入端。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,它還包括:耦合系統(tǒng),所述耦合系統(tǒng)包括:變換透鏡(7)、二分之一波片(8)、光學(xué)隔離元件(9)、第二全反鏡(10)、第三全反鏡(11)和變換透鏡(12); 變換透鏡(7)將其接收到的種子激光依次通過二分之一波片(8)和光學(xué)隔離元件(9)透射到第二全反鏡(10)上,第二全反鏡(10)將該種子激光反射到第三全反鏡(11)上,第三全反鏡(11)將該種子激光反射到變換透鏡(12)上,變換透鏡(12)將該種子激光透射出耦合系統(tǒng)。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,所述注入鎖頻伺服系統(tǒng)包括:壓電陶瓷(19)、紅外探測器(20)和電學(xué)伺服系統(tǒng)(21); 壓電陶瓷(19)的驅(qū)動端作為注入鎖頻伺服系統(tǒng)的驅(qū)動端,壓電陶瓷(19)的驅(qū)動信號輸入端連接電學(xué)伺服系統(tǒng)(21)的驅(qū)動信號輸出端,紅外探測器(20)用于探測第三2 μ m全反鏡(17)透射出的種子激光的諧振強度,紅外探測器(20)的電信號輸出端連接電學(xué)伺服系統(tǒng)(21)的電信號輸入端,電學(xué)伺服系統(tǒng)(21)的控制信號輸出端作為注入鎖頻伺服系統(tǒng)的控制信號輸出端。
      4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,第一全反鏡(I)的入射面、Tm,HoiYAG晶體(2)的兩面、第二全反鏡(10)的反射面和第三全反鏡(11)的反射面均鍍有對LD泵浦光透過率大于99.5%且振蕩光反射率大于99.7%的介質(zhì)膜。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,2 μ m輸出I禹合鏡(13)、第一 2μηι全反鏡(14)、Ho: YAG晶體(15)、第二 2μηι全反鏡(16)、第三2μ m全反鏡(17)和聲光調(diào)Q晶體(18)構(gòu)成的環(huán)形腔物理長度為2.8m。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,輸出I禹合鏡(6)對震蕩光的透過率為2%,輸出f禹合鏡(6)的入射面鍍有LD泵浦光透過率大于99.5%的介質(zhì)膜。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,2 μ m輸出耦合鏡(13)為曲率半徑為1000mm的平凹鏡,2 μ m輸出耦合鏡(13)的凹面鍍有對振蕩光透過率為18%的介質(zhì)膜。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,第一 2 μ m全反鏡(14)的反射面、第二 2 μ m全反鏡(16)的反射面和第三2 μ m全反鏡(17)凹面均鍍有對LD泵浦光透過率大于99.5%且振蕩光反射率大于99.7%的介質(zhì)膜。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,第三2 μ m全反鏡(17)為曲率半徑為1000mm的平凹鏡。
      10.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種脈沖單頻運轉(zhuǎn)的2.09微米固體激光器,其特征在于,激光二極管(22)的波長為78`5nm。
      【文檔編號】H01S3/105GK103500920SQ201310475776
      【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月14日
      【發(fā)明者】戴通宇, 姚寶權(quán), 段小明, 鞠有倫, 王月珠 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)
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