CN102269909A - 时差泵浦合束镜前置的受激布里渊散射发生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的受激布里渊散射发生装置包括：种子激光器(1)，分束镜(2)，合束镜(3)，激光放大介质(4)，光路延迟调节装置(7)，第一全反射镜10和第二全反射镜11，激光放大介质第一泵浦系统(5)，激光放大介质第二泵浦系统(6)，控制器8以及受激布里渊散射介质9。

Description

时差泵浦合束镜前置的受激布里渊散射发生装置及方法

技术领域

本发明涉及一种布里渊散射激光装置，属于光电子探测技术领域。

背景技术

目前利用布里渊散射进行水下目标探测的技术已经得到实际的应用，在该技术发展中的一个最大挑战就是探测距离的问题，众所周知，淡水或海水的可见光窗口在532nm附近，但是即使使用该波长的激光作为布里渊散射水下探测的激光波长，由于实际中所探测的海域或者湖泊水质不同，特别是随着近年来环境污染的加剧，目前普遍存在着各种水域水质差，水质差对于激光水下探测所带来的直接影响就是严重影响了激光的传输距离，即使在没有污染的水域当中，由于介质水对于532nm的激光衰减系数相对来说还是一个较大的数值，特别是对于利用受激布里渊散射的散射光进行各种探测的装置来说，为了达到较长的探测距离，就需要大功率的激光器，但是大功率的激光不仅需要高昂的造价，其维护，使用在各方面所需要的费用都很高，更加不利的一个方面就是激光器的输出功率越大一般都会具有各大的体积，而大体积的激光器对于一些领域的应用来说是不可取的，因为在一些应用中，没有那么大的空间来容置大体积的激光器，而对于一些在移动目标上进行探测的装置来说，大体积显然更是不可取的。为了在不增加体积或者在增加很小体积的基础上或者更长的受激布里渊探测距离，现有技术中分别提出了各种解决方案。其中一种技术方案就是利用另外一束具有相同频率以及相同偏振态的激光对产生的回传受激布里渊散射光进行放大，也即对产生的受激布里渊散射光进行二次受激放大，以提高回传的受激布里渊散射光的光强，从而保证接收端的传感器能够接收到足够的受激布里渊散射光信号以在此基础上进行分析获得所需的探测介质信息，目前在用于放大的激光与受激布里渊散射光光路的配置上存在两种方式，一种方式是将两路光束进行交叉，另外一种方式则是将两路光束路径重合设置。附图1和附图2所显示的都属于交叉设置的情况，其中附图1中利用两个反射镜102和103将一束激光101分为两束，然后再将分开的两束激光在受激布里渊散射介质104中相交，以对产生的受激布里渊散射光进行放大，在该装置当中，由于是将一束激光束分成了两束，所以这两束激光在频率以及偏振态上是完全一样的，该装置构造简单，但是存在两个问题，一个问题是由于是将一束激光束分为了两束，所以必然导致两束激光束的能量都不是很高，第二个问题是由于是使用相交的方式，所以就导致两束光的相互作用距离非常短，导致激光束的利用不充分。附图2示出了相交设置的另外一种方式，为了改进将一束激光束分为两束而导致每个能量都变小的问题，提出了使用两个激光器201发出的光束借助反射镜202进行相交入射到受激布里渊散射介质203，其中每个都是一个独立的激光器，所以能量也就不会变小，为了保证两个激光器发出的激光在性质上完全相同以保证受激放大的发生，需要使用同一个种子激光分别注入到两个激光器中，这样，该系统虽然解决了激光束能量变小的问题，但是该装置还是不能解决相互作用距离短的问题。为了解决相互作用距离短的问题，最好的方法是将两束激光束的光路进行重叠设置，在已有的光路重叠设置中如已公开的中国专利申请CN101266342A所揭示的，为了实现将两个脉冲激光束以有时差(这是产生二次受激布里渊放大所需要的)的重合到一条光路上，该装置利用光电晶体将两束偏振状态不同的激光束进行控制，从而保证既能将两束脉冲激光以有时差的方式耦合到一条光路上，并且还能保证达到受激布里渊散射介质时具有相同的偏振态，此装置中需要同时使用偏振耦合镜以及电光晶体实现前后两束激光的偏振态控制，不仅结构复杂，同时对于电光晶体的要求很高，而且还伴随着以下问题，在这种装置中所使用的两束激光束要么是将一束激光分成两束，这样就会导致两束激光能量的变小，如果是使用两台激光器产生的两路激光束，虽然保持了能量强度没有变小，但是由于使用两台激光器则会相应的占用更多的空间，因为两台激光器显然需要占据了多一倍的空间，而空间问题在很多情况下是不能解决的或者解决起来很困难，要么就会造成成本的迅速增加。

发明内容

本发明就是为了解决上述的技术问题而提出来的，不仅可以实现两路性质相同的激光束具有时差的光路重合，而且还可以实现装置的体积没有显著变大，其中的时差是可以调节的，其时差的调节可以根据受激布里渊散射放大的最优化进行设置，当然，如果将上述装置用于其它的需要将性质相同的两路激光束进行具有时差的光路重合，那么其中的时差就根据实际的需要进行调节，也即该装置不仅可以用于受激布里渊放大的应用，同样还可以应用到类似的需要此类装置的系统中。

为了解决上述的技术问题，本发明的具有时差的两路性质相同的激光光路重合装置包括：种子激光器(1)，分束镜(2)，合束镜(3)，激光放大介质(4)，光路延迟装置(7)，第一全反射镜10和第二全反射镜11，激光放大介质第一泵浦系统(5)，激光放大介质第二泵浦系统(6)，控制器8以及受激布里渊散射介质9。

种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光传输到分束镜2，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜3，穿过合束镜3之后入射到位于合束镜3之后的激光放大介质4，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜10，被第一全反射镜10反射之后入射到光路延迟装置7，穿过该延迟装置之后经由第二全反射镜11反射之后入射到合束镜3上，合束镜3将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质4，其中光路延迟装置7由控制器8控制，由控制器8设置延迟时间，控制器8同时控制着激光放大介质4的第一泵浦系统5和第二泵浦系统6。光路延迟装置7用于调节第一激光束和第二激光束到达合束镜3的时间差，上述的两路激光束在射出合束镜3之后以重合的光路射入到激光放大介质4内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质9用于产生放大的受激布里渊散射。控制器8控制第一泵浦系统5和第二泵浦系统6的泵浦时间差，使得该时间差等于第一激光束和第二激光束达到合束镜3的时间差。

附图说明

附图1是现有技术中将一束激光束分成两束后在受激布里渊散射介质内交叉设置的系统；

附图2是现有技术中将两束性质相同的由两台激光器发出的激光束在受激布里渊散射介质内交叉设置的系统；

附图3是本发明中将两路性质相同的激光束进行具有时差的光路重合的受激布里渊散射的第一实施例。

附图4是本发明中将两路性质相同的激光束进行具有时差的光路重合的受激布里渊散射的第二实施例

在附图3中，1表示种子激光器，2表示分束镜，3表示合束镜，4表示激光放大介质，7表示光路延迟装置，5和6分别表示激光放大介质的第一和第二泵浦系统，8是控制器，9是受激布里渊散射介质，10和11分别表示第一和第二全反射镜。

具体实施方式

下面结合附图3来说明本发明的第一实施例，种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光传输到分束镜2，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜3，穿过合束镜3之后入射到位于合束镜3之后的激光放大介质4，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜10，被第一全反射镜10反射之后入射到光路延迟装置7，穿过该延迟装置之后经由第二全反射镜11反射之后入射到合束镜3上，合束镜3将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质4，其中光路延迟装置7由控制器8控制，由控制器8设置延迟时间，控制器8同时控制着激光放大介质4的第一泵浦系统5和第二泵浦系统6。光路延迟装置7用于调节第一激光束和第二激光束到达合束镜3的时间差，上述的两路激光束在射出合束镜3之后以重合的光路射入到激光放大介质4内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质9用于产生放大的受激布里渊散射。控制器8控制第一泵浦系统5和第二泵浦系统6的泵浦时间差，使得该时间差等于第一激光束和第二激光束达到合束镜3的时间差。

在使用过程中，首先通过激光放大介质的第一种子激光束被第一泵浦系统发出的泵浦光进行泵浦放大，得到放大后的激光束，此激光束入射到受激布里渊散射介质中用于产生受激布里渊散射的发生，由于控制器8将第一泵浦系统和第二泵浦系统的泵浦时间差设置为等于第一种子激光束和第二种子激光束到达合束镜3的时间差，所以经过光路延迟装置7延迟的第二束种子激光束在通过激光放大介质时，该第二束种子激光束就会被第二泵浦系统发出的泵浦光泵浦而被放大，该放大的后的激光束入射到受激布里渊散射介质，以对第一束放大后的激光所产生的受激布里渊信号光进行放大。

进行这样的设置以后就可以实现在一个激光器内实现具有时间差的前后性质完全相同的两束激光，从而可以实现放大的受激布里渊散射，在该系统中，前后两束激光的光路是完全重合的，这样就保证具有了最大的受激布里渊相互距离，同时只需要一台激光器就可实现，不仅没有减小每一束激光的能量，还达到了没有增加体积的目的。由于分束镜和合束镜置于了激光放大介质之前，虽然到达激光放大介质的两束种子激光的能量都不大，但是相对于激光放大介质之后的激光束能量来说，这点损失的能量完全可以忽略不计，因为最终输出的激光能量主要是由激光放大介质所决定的，而不是由所入射的种子光能量大小决定。

同时，由于设置有光路延迟装置7，可以任意的调节前后两束激光束之间的时差，例如可以根据受激布里渊散射光的最大化来调节该时间差，同时，这样就可以该系统应用于各种环境，而不单单应用于受激布里渊散射，到时只需要根据实际的应用需要调节前后两束激光之间的时间差即可。

附图4给出了本发明的第二实施例，该实施例与上述的实施例区别仅在于：在该实施例中包含有第一激光放大介质4和第二激光放大介质13，其中第一激光放大介质4具有第一泵浦系统5，第二激光放大介质13具有第二泵浦系统6，控制器8同时控制着第一泵浦系统5和第二泵浦系统6，使得这两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一种子激光束和第二种子激光束到达合束镜3的时间差。

对于第一实施例和第二实施例，激光放大介质均可以设置多级，以提供更大能量的激光输出，其中在附图3所示的实施例中，如果是包含多个串联的激光放大介质4，则每一个激光放大介质均具有与激光放大介质4相同的构造，即每个放大介质均具有由控制器8控制的第一泵浦系统和第二泵浦系统，其中两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一种子激光束和第二种子激光束到达合束镜3的时间差。

对于附图4所示的第二实施例，也可以包括多级激光放大介质，将第一激光放大介质4和第二激光放大介质13组合在一起认为是一个总的泵浦装置，则该实施例中可以包括多个串联的总的泵浦装置，其中每一个总的泵浦装置均具有相同的构造，也即每一个总的泵浦装置内的两个泵浦系统的泵浦时间差等于第一种子激光束和第二种子激光束到达合束镜3的时间差。

Claims (8)

1.一种受激布里渊散射发生装置，包括：种子激光器(1)，分束镜(2)，合束镜(3)，激光放大介质(4)，光路延迟装置(7)，第一全反射镜(10)和第二全反射镜(11)，激光放大介质第一泵浦系统(5)，激光放大介质第二泵浦系统(6)，控制器(8)以及受激布里渊散射介质(9)；

种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光传输到分束镜(2)，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜(3)，穿过合束镜(3)之后入射到位于合束镜(3)之后的激光放大介质，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜(10)，被第一全反射镜(10)反射之后入射到光路延迟装置(7)，穿过该延迟装置之后经由第二全反射镜(11)反射之后入射到合束镜(3)上，合束镜(3)将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质，其中光路延迟装置(7)由控制器(8)控制，由控制器(8)设置延迟时间，控制器(8)同时控制着激光放大介质的第一泵浦系统(5)和第二泵浦系统(6)，光路延迟装置(7)用于调节第一束种子激光和第二束种子激光到达合束镜(3)的时间差，上述的两束种子激光在射出合束镜3之后以重合的光路射入到激光放大介质内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质(9)用于产生放大的受激布里渊散射，控制器(8)控制第一泵浦系统(5)和第二泵浦系统(6)的泵浦时间差，使得该时间差等于第一束种子激光和第二束种子激光达到合束镜(3)的时间差。

2.根据权利要求1所述的受激布里渊散射发生装置，其中的激光放大介质包括两个，第一泵浦系统和第二泵浦分别用于泵浦其中一个激光放大介质。

3.根据权利要求1或2所述的受激布里渊散射发生装置，其中的激光放大介质包括多级串联结构。

4.根据权利要求1或2所述的受激布里渊散射发生装置，其中光路延迟装置(7)的延迟时间根据受激布里渊散射光的最大化进行调节。

5.一种受激布里渊散射发生方法，种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光传输到分束镜(2)，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜(3)，穿过合束镜(3)之后入射到位于合束镜(3)之后的激光放大介质(4)，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜(10)，被第一全反射镜(10)反射之后入射到光路延迟装置(7)，穿过该延迟装置之后经由第二全反射镜(11)反射之后入射到合束镜(3)上，合束镜(3)将该光束以与第一束种子激光光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质(4)，其中光路延迟装置(7)由控制器(8)控制，由控制器(8)设置延迟时间，控制器(8)同时控制着激光放大介质(4)的第一泵浦系统(5)和第二泵浦系统(6)，光路延迟装置(7)用于调节第一激光束和第二激光束到达合束镜(3)的时间差，上述的两路激光束在射出合束镜(3)之后以重合的光路射入到激光放大介质(4)内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质(9)用于产生放大的受激布里渊散射，控制器(8)控制第一泵浦系统(5)和第二泵浦系统(6)的泵浦时间差，使得该时间差等于第一束种子激光和第二束种子激光达到合束镜(3)的时间差。

6.根据权利要求5所述的受激布里渊散射发生方法，其中的激光放大介质包括两个，第一泵浦系统和第二泵浦分别用于泵浦其中一个激光放大介质。

7.根据权利要求5或6所述的受激布里渊散射发生方法，其中的激光放大介质包括多级串联结构。

8.根据权利要求5或6所述的受激布里渊散射发生方法，其中光路延迟装置(7)的延迟时间根据受激布里渊散射光的最大化进行调节。

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