CN103259156A - 一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将多束较低平均功率、较低重复频率的脉冲钠信标子激光合成来产生高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光的装置。它包括脉冲钠信标激光器系统、偏振合成系统、像传递系统以及时序合成同步控制系统。其特征在于所述脉冲钠信标激光器系统可在时序合成同步控制系统的控制下，产生一组时序脉冲钠信标激光；采用偏振时序合成技术将多束较低平均功率、较低重频频率的脉冲钠信标子激光合成为一束高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光，同时采用种子注入技术使各束脉冲钠信标子激光波长与线宽一致，该发明提供的钠信标激光相对于合成前单路激光偏振度不变、光束指向性不变、光束质量不变、波长与线宽不变，从而有效提高钠信标激光性能。

Description

一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置

技术领域

本发明属于固体激光器领域，特别涉及一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置。

技术背景

大型地基望远镜对天体等空间目标进行观测时，由于大气湍流等的扰动影响，将极大地降低成像分辨率。采用自适应光学技术可以对这些扰动因素进行校正，使望远镜达到理论衍射极限分辨率，这对于理论衍射极限分辨率极高的大口径天文望远镜尤其必要。采用自适应光学系统进行图像校正时，需要有导引星（称为信标），即在距离地面一定高度处产生或寻找一较强的光源，以之发射的光信号波前为标准，通过测量该波前通过大气产生的相位畸变来获得误差信号，从而实现对观测目标的成像校正，信标可以按产生方式分为自然导信标与人造信标。满足信标亮度要求的自然亮星很少，为了克服自然导引星的限制，最有效的方法是人为制造一颗导引星，即通过激光信标技术，由地面发射激光，利用大气对激光的背向散射光作为人造参考信标。

激光信标技术当前主要有瑞利信标和钠信标两种。其中，瑞利信标是在海拔10~20km高的大气中产生的，源于大气对532nm波长绿激光的背向散射，瑞利信标的优点是技术较为成熟，易于实现，所用激光器的性能是一些商用产品所能达到的，但它仅能在距地面较低距离产生激光导引星，校正效果有限；钠信标是利用海拨90~110km高的大气电离层的钠原子对589nm波长黄激光的共振荧光背向散射产生的，钠信标以其较高的位置（已接近大气顶层）、在进行波前重构时，能够更充分的反映大气对波前的影响，提高成像空间分辨率，使其接近或达到大口径望远镜的光学衍射极限，因而是自适应光学望远镜的理想信标。

实际应用中，自使用光学系统对钠信标光源性能有特定要求，其波长应精确调谐到钠原子的D_2a共振谱线即真空波长为589.159nm且频率稳定，其次要求激光线宽窄（<1.2GHz），光束质量好（M²<1.5），功率高（一般要求>10W），偏振度好（98%）。对于常规的天文观测应用，系统应该有较高的可靠性、耐用性及集成化，能够符合这些要求的589nm激光器称之为钠信标激光器。

目前国际上钠信标激光器主要包括，连续波钠信标技术（第一代钠信标技术）与脉冲钠信标技术（第二代钠信标技术）；与连续波运行体制的钠信标激光相比，脉冲钠信标技术具有明显的优势：能够通过门脉冲时间选通技术，完全消除大气瑞利散射的干扰，提高钠信标信号的信噪比，并减小钠导引星像斑拉长现象，提高钠导引星成像精度，因此采用脉冲钠信标技术，能够使自适应光学系统实现更好的校正效果，获得更高分辨率的观测图像。

用于产生钠信标的激光器主要有染料激光器、光纤激光器及全固态激光器，随着激光技术的不断发展，各类钠信标激光器的性能都在不断的提高。

染料激光器可以直接产生589nm黄光，其最早完成了钠信标激光器的商业化，并且在上世纪八十年代中期就被广泛使用。染料激光器技术较为成熟，应用广泛，但也存在着明显的缺点：染料激光器系统复杂庞大，集成较为困难且光谱覆盖较小，因此，随着全固态激光器的进一步发展，染料激光器在某些科研及生产中的地位已被结构紧凑、光谱覆盖广的新激光技术逐步替代。拉曼光纤激光器也是输出钠信标激光的有效手段，通过光纤激光器的拉曼频移技术首先得到合适波长的基频，而后采用非线性晶体或准相位匹配晶体倍频得到589nm黄光。但做为用于产生钠导星的光源，其功率进一步提升相对困难，且其是在连续波方式下运转，若采用光纤拉曼法获取准连续脉冲方式运转的第二代钠信标光源，由于峰值功率的提高，线宽压窄仍然受限于光纤的受激布里渊散射和高阶斯托克斯散射，性能上还有一定的不足。全固态激光器是目前国际上激光技术研究的热点。以掺钕离子的晶体为激光介质的固体激光器通过倍频已获得了高功率的红、绿、蓝三基色输出，然而在黄光波段（550nm-650nm）由于缺少相应的基频光，还不能通过倍频的方式直接获得。使用两个分别运转在1064nm和1319nm的Nd:YAG激光器，通过非线性和频过程可以得到与Na原子D₂线共振的589nm黄光输出。

为获得足够大的回返信号强度、提高成像系统信噪比、以及提高系统校正频率，提高自适应光学系统成像分辨率，高平均功率、高重复频率脉冲信号输出成为全固态脉冲钠信标技术的关键。现有脉冲钠信标激光技术，提高脉冲激光输出功率的方法主要采用增加系统注入能量、以及提高系统工作效率。这些提高输出功率的方法结构复杂，技术要求难度大，且受限于系统工作介质的损伤阈值以及系统工作效率最佳值，脉冲激光输出功率很难有较大提高；系统注入能量、以及系统工作效率均为最佳时，提高脉冲激光重复频率将导致单脉冲信号能量下降，从而降低自适应光学成像分辨率；因此现有脉冲钠信标激光技术较难在保证单脉冲能量情况下，同步实现高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光输出。

本发明提供一种能够产生高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光的装置，利用偏振时序合成技术将多束低重复频率、低单脉冲能量的脉冲激光和束，同时同时采用种子注入技术控制合成钠信标信号与合成前各束脉冲钠信标子激光波长与线宽保持一致，从而实现高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光输出；与现有技术相比，本发明结构简单、可同步实现高功率、高重频脉冲钠信标信号输出，且该发明提供的钠信标激光相对于合成前单路激光偏振度、光束指向、光束质量高、波长与线宽不变，可有效提高脉冲钠信标激光性能。

发明内容

本发明的目的在于克服目前脉冲钠信标激光技术研究较少，现有脉冲钠信标激光技术较难在保证单脉冲能量情况下，同步实现高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光输出的不足。利用偏振时序合成技术将多束较低平均功率、较低重复频率的脉冲钠信标子激光合成来产生高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光；与现有技术相比，本发明结构简单、可同步实现高功率、高重频脉冲钠信标信号输出，同时保持钠信标激光偏振度、光束指向、光束质量高、波长与线宽不变，从而有效提高脉冲钠信标激光性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其包括时序合成同步控制系统1、脉冲钠信标激光器系统2、偏振合成系统3和像传递系统4；其特征在于：

所述脉冲钠信标激光器系统2在时序合成同步控制系统1的控制下，产生一组时序脉冲钠信标激光；所述时序脉冲钠信标激光经像传递系统4进行光束整形后，经偏振时序合系统3将多束较低平均功率、较低重频频率的脉冲钠信标子激光合成为一束高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光。

所述脉冲钠信标激光器系统2由至少二台脉冲钠信标子激光器组成，每台脉冲钠信标子激光器均由高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-11、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-12、第一折返镜2-21、第二折返镜2-22和非线性晶体2-3、1064nm基频光像传递系统4-1、1319nm基频光像传递系统4-2组成；在所述时序合成同步控制系统1的控制下，所述高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01产生高功率窄线宽1064nm基频种子光，所述高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02产生高功率窄线宽1319nm基频种子光；所述高功率窄线宽1064nm基频种子光注入所述高功率窄线宽1064nm激光放大器2-11进行种子激光功率放大；所述高功率窄线宽1319nm基频种子光注入所述高功率窄线宽1319nm激光放大器2-12进行种子激光功率放大；经放大后的1064nm基频种子光经过一个1064nm基频光像传递系统4-1进行光束整形，所述放大后的1319nm基频种子光经过1319nm基频光像传递系统4-2进行光束整形；所述整形后的1064nm基频光与1319nm基频光实现光束匹配，第一折返镜2-21以及第二折返镜2-22经进行和束，然后同时进入所述非线性晶体2-3进行和频产生589nm钠信标激光；所述至少二台脉冲钠信标子激光器各自产生一束589nm时序脉冲钠信标激光；

所述的偏振合成系统由偏振和束器件3-1与偏振调制器3-2组成，所述的N束589nm时序脉冲钠信标激光经过像传递系统整形光束使N束589nm时序脉冲钠信标激光模式匹配，再经偏振和束器件依次和束，偏振调制器对和束后的钠信标激光进行偏振调制，使和束后的钠信标激光保持单一偏振态，从而1束高平均功率、高重复频率的合成脉冲钠信标激光信号；

所述的偏振合成系统由偏振和束器件3-1与偏振调制器3-2组成，所述的至少二束589nm时序脉冲钠信标激光分别经过589nm像传递系统4-3进行光束整形，以使全部589nm时序脉冲钠信标激光的模式相匹配，再经偏振和束器件3-1依次和束，偏振调制器3-2对和束后的钠信标激光进行偏振调制，使和束后的钠信标激光保持单一偏振态，而得到一束高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光。

上述技术方案中，所述时序合成同步控制系统1由信号源1-1、电源1-2组成，所述信号源1-1、电源1-2均为商业化产品；

上述技术方案中，所述折返镜2-21为1064nm激光高透1319nm激光高反镜；折返镜2-22为1319nm激光高反镜；或者所述折返镜2-21为1064nm激光高反，折返镜2-22为1319nm激光高透1064nm激光高反镜。

上述技术方案中，所述所述非线性晶体2-3为三硼酸锂晶体、磷酸氧钛钾晶体或偏硼酸钡晶体；

上述技术方案中，所述偏振和束器件3-1对相互垂直的两种偏振态分别具有高反射率与高透过率，可以实现对一种偏振态高透过率传输，同时对另一种偏振态高反射率传输，如本专业人士常用的45°偏振片，适用于589nm波长范围；

上述技术方案中，所述偏振调制器3-2为用以调节入射激光偏振态的电光调制器、声光调制器或磁光调制器。

上述技术方案中，所述589nm时序脉冲钠信标激光重复频率f相同，脉宽τ_p相同，相邻两束脉冲信号时间间隔△t,所述△t满足下式：2τ_p<△t<1/(N·f)，N为脉冲钠信标子激光器的台数，N为2-10的正整数。

上述技术方案中，所述1064nm基频光像传递系统4-1、1319nm基频光像传递系统4-2，以及589nm像传递系统4-3由不同焦距的透镜组组成，为本专业人士所熟知的光束整形系统。

本发明提供一种能够产生高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光的装置，利用偏振时序合成技术将多束低重复频率、低单脉冲能量的脉冲激光和束，同时同时采用种子注入技术控制合成钠信标信号与合成前各束脉冲钠信标子激光波长与线宽保持一致，从而实现高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光输出；与现有技术相比，本发明结构简单、可同步实现高功率、高重频脉冲钠信标信号输出，且该发明提供的钠信标激光相对于合成前单路激光偏振度、光束指向、光束质量高、波长与线宽不变，可有效提高脉冲钠信标激光性能。

附图说明

图1是本发明提供的时序脉冲合成原理图；

图2是本发明实施例1提供的两束脉冲激光合成脉冲钠信标激光装置示意图；

图3是本发明实施例1提供的三束脉冲激光合成脉冲钠信标激光装置示意图；

图4是基于1064nm与1319nm基频光和频的四路时序脉冲合成钠信标激光的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步描述本发明；

实施例1

本实施例具体结构参考图2a，图2b为脉冲信号图；本实施例制作基于1064nm与1319nm基频光和频的两束合成脉冲钠信标激光的装置。

本实施例包括时序合成同步控制系统1、脉冲钠信标激光器系统2、偏振合成系统3和像传递系统4；

时序合成同步控制系统1由信号源与电源组成；

所述脉冲钠信标激光器系统由两台脉冲钠信标子激光器组成；每台脉冲钠信标子激光器均由高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-11、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-12、第一折返镜2-21、第二折返镜2-22、非线性晶体LBO晶体2-3组成；

所述的偏振合成系统3由偏振和束器件3-1和偏振调制器3-2组成，本实施例中，偏振和束器件3-1由第一589nm45°偏振片3-11与第二589nm45°偏振片3-12组成，偏振调制器3-2为电光调制器；

所述像传递系统4由1064nm基频光像传递系统4-1（焦距为F＝500mm的凸透镜）、1319nm基频光像传递系统4-2（焦距为F＝500mm的凸透镜）、以及589nm钠信标激光像传递系统4-3组成；

所述第一折返镜2-21镀有45°1064nm高透过率膜系以及1319nm高反射率膜系，第二折返镜2-22镀有45°1319nm高反射率膜系，其材质为光学玻璃基质或石英基质；

在时序合成同步控制系统1的控制下：每台脉冲钠信标子激光器的高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01产生高功率窄线宽1064nm基频种子激光，产生的高功率窄线宽1064nm基频种子激光注入高功率窄线宽1064nm激光放大器2-11，该高功率窄线宽1064nm基频种子激光的功率被放大；高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02产生高功率窄线宽1319nm基频种子激光；产生的高功率窄线宽1319nm基频种子激光注入高功率窄线宽1319nm激光放大器2-12，该高功率窄线宽1319nm基频种子激光的功率被放大；

放大后的高功率窄线宽1064nm基频种子光分别依次经过1064nm基频光像传递系统4-1和第一折返镜2-21进行光束整形及光束传输；放大后的高功率窄线宽1319nm基频种子光分别依次经过319nm基频光像传递系统4-2和第二折返镜2-22进行光束整形及光束传输；两路基频种子光经第一折返镜2-21和束后同时进入非线性晶体2-3进行和频，产生一束589nm钠信标激光5；同样原理，另一台脉冲钠信标子激光器产生一束589nm钠信标激光6；

在时序合成同步控制系统1的控制下，第一台脉冲钠信标子激光器产生平均功率为50W、重复频率500Hz、脉宽100μs的脉冲钠信标激光信号5；第二台脉冲钠信标子激光器产生平均功率为50W、重复频率500Hz、脉宽100μs的脉冲钠信标激光信号6，在时序合成同步控制系统1的控制下，两台脉冲钠信标子激光器时间相对延迟1ms；脉冲钠信标激光信号5经过第一个589nm钠信标激光像传递系统4-3传输至第一个589nm45°偏振片3-1；脉冲钠信标激光信号6经过第二个589nm钠信标激光像传递系统4-3传输经过第二个589nm45°偏振片3-12实验光路偏转，与脉冲钠信标激光信号5在第一个589nm45°偏振片3-1处和束，得到平均功率为100W，重复频率为1KHz的合束脉冲钠信标激光7；合束脉冲钠信标激光7经电光调制器3-2进行偏振调制；电光调制器3-2在时序合成同步控制系统控制下与第一台脉冲钠信标子激光器产生脉冲钠信标激光信号5时间同步，使得和束激光仅有一种与脉冲钠信标激光信号6偏振态相同的偏振态；

脉冲钠信标激光信号5，脉冲钠信标激光信号6以及脉冲钠信标激光信号7随时间t变化的脉冲图如图2b所示。

本实施例提供的能够产生高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光的装置，利用偏振时序合成技术将两束低重复频率、低功率的脉冲激光和束，同时采用种子注入技术控制合成钠信标信号与合成前各束脉冲钠信标子激光波长与线宽保持一致，从而实现高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光输出；且该发明提供的钠信标激光相对于合成前单路激光偏振度、光束指向、光束质量高、波长与线宽不变，可有效提高脉冲钠信标激光性能。

实施例2

本实施例具体结构参考图3；本实施例制作基于1064nm与1319nm基频光和频的三束脉冲激光合成产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置。

本实施例与实施例1类似，不同之处为该装置含有三台脉冲钠信标子激光器，具体实现方法为：

第一台高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、第一台高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-111、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-121、第一个1064nm基频光像传递系统4-1、第一个1319nm基频光像传递系统4-2、第一个折返镜2-21、第一个折返镜2-22、和频晶2-31体组成第一台589nm脉冲钠信标子激光器；第二台高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、第二台高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-112、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-122、第二个1064nm基频光像传递系统4-1、第二个1319nm基频光像传递系统4-2、第二个折返镜2-21、第二个折返镜2-22、和频晶2-32体组成第二台589nm时序脉冲钠信标子激光器；第三台高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、第三台高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-113、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-123、第三个1064nm基频光像传递系统4-1、第三个1319nm基频光像传递系统4-2、第三个折返镜2-21、第三个折返镜2-22、和频晶2-33体组成第三台589nm时序脉冲钠信标子激光器；

所述时序合成同步控制系统1为系统提供重复频率为500Hz、脉冲宽度100μs的脉冲信号，时序合成同步控制系统1对3路高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、以及偏振调制器3-21与3-22实现集中控制；组成第一台589nm脉冲钠信标子激光器的功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02时间同步,；组成第二台589nm脉冲钠信标子激光器的功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、偏振调制器3-21时间同步，且相对第一台589nm脉冲钠信标子激光器时间延迟100μs；组成第三台589nm脉冲钠信标子激光器的功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、偏振调制器3-22时间同步，且相对第二台589nm脉冲钠信标子激光器时间延迟100μs；

与实施例1原理相同，每台脉冲钠信标子激光器输出一束平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光；

第一台589nm脉冲激光与第二台589nm脉冲激光经过45°偏振片3-1和束，经过电光调制器3-21，电光调制器调整589nm脉冲激光偏振方向使其与第一台589nm脉冲激光偏振方向相同，得到平均功率为100W、重复频率为1KHz的一次和束589nm脉冲钠信标激光；所述一次和束589nm脉冲钠信标激光、与第三组589nm脉冲激光经过45°偏振片3-1和束，经过电光调制器3-22，选择性调制转换第三组589nm脉冲激光偏振态，得到平均功率为150W、重复频率为1.5KHz的二次和束589nm脉冲钠信标激光；

本实施例中的和频晶体为三硼酸锂（LiB₃O₅，LBO）晶体；

本实施例中的偏振调制器3-21与3-22为磁光调制器；

由于磁光调制器损伤阈值较高，本实施例相对于实施例1而言更适合于高功率脉冲激光合成。

实施例3

本实施例具体结构参考图4，a为装置结构图、b为脉冲信号图；本实施例制作一种四束子脉冲激光合成的高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置。

本实施例与实施例2类似，不同之处主要有：

采用四组子时序脉冲钠信标激光器系统，产生四路时序脉冲钠信标激光信号；所述四路时序脉冲钠信标激光信号任意两路合成，生成两路合成时序脉冲钠信标激光信号；所述的两路合成时序脉冲钠信标激光信号再次合成，得到一路合成钠信标激光。

采用用统一种子源注入模式：一台高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01，为四台高功率窄线宽1064nm激光放大器2-111、2-112、2-113、2-114同时提供种子光信号；一台高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02，为四台高功率窄线宽1319nm激光放大器2-121、2-122、2-123、2-124同时提供种子光信号；这种统一种子源注入模式能更好实现基频激光波长与线宽控制；

本实施例不同之处还在于，高功率窄线宽1064nm激光放大器2-112、2-113、2-114，高功率窄线宽1319nm激光放大器2-122、2-123、2-124六台放大器与基频光种子源之间加入时间延迟器12；本实施例中所述时间延迟器12采用商业化数字延迟器，延迟精度为500ns；

所述时序合成同步控制系统1为系统提供重复频率为500Hz、脉冲宽度100μs的脉冲信号；时序合成同步控制系统1对高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、以及偏振调制器3-21、3-22与3-23实现集中控制；

高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-111、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-121、第一个1064nm基频光像传递系统4-1、第一个1319nm基频光像传递系统4-2、第一个折返镜2-21、第一个折返镜2-22、和频晶2-31体组成第一台589nm脉冲钠信标子激光器，产生平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光5；高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-112、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-122、第二个1064nm基频光像传递系统4-1、第二个1319nm基频光像传递系统4-2、第二个折返镜2-21、第二个折返镜2-22、和频晶2-32体组成第二台589nm时序脉冲钠信标子激光器，产生平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光6；高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-113、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-123、第三个1064nm基频光像传递系统4-1、第三个1319nm基频光像传递系统4-2、第三个折返镜2-21、第三个折返镜2-22、和频晶2-33体组成第三台589nm时序脉冲钠信标子激光器，产生平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光7；高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-114、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-124、第四个1064nm基频光像传递系统4-1、第四个1319nm基频光像传递系统4-2、第四个折返镜2-21、第四个折返镜2-22、和频晶2-34体组成第四台589nm时序脉冲钠信标子激光器，产生平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光8；

本实施例中，平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光5与平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光6，合成为平均功率为100W、重复频率为1KHz的一次合束脉冲钠信标激光9；平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光7与平均功率为50W、重复频率为500Hz的589nm脉冲钠信标激光8，合成为平均功率为100W、重复频率为1KHz的一次合束脉冲钠信标激光10；平均功率为100W、重复频率为1KHz的一次合束脉冲钠信标激光9经过磁光调制器3-21进行偏振调制，再经589nm钠信标激光像传递系统4-3进行光束整形；平均功率为100W、重复频率为1KHz的一次合束脉冲钠信标激光10经磁光调制器3-22进行偏振调制，再经589nm钠信标激光像传递系统4-3进行光束整形；光束整形后的脉冲钠信标激光9与脉冲钠信标激光10经偏振合束系统3-1以及磁光调制器3-23进行合束以及偏振调制，得到平均功率为200W、重复频率为2KHz的二次合束脉冲钠信标激光11；

记时间间隔△t＝500μs，窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02时间同步；偏振调制器3-21与第二台589nm脉冲钠信标子激光器时间同步，相对种子源激光器时间延迟2Δt，偏振调制器3-21重复频率500Hz；偏振调制器3-22与第三台589nm脉冲钠信标子激光器时间同步，相对第一台589nm脉冲钠信标子激光器时间延迟△t，偏振调制器3-21重复频率500Hz；第四台589nm脉冲钠信标子激光器相对第一台589nm脉冲钠信标子激光器时间延迟3Δt；偏振调制器3-23与第一台589nm脉冲钠信标子激光器时间同步，偏振调制器3-21重复频率1KHz；

本实施例相对于实施例1的合成方法而言优点在于对基频光放大器同步注入基频光种子信号，这种统一种子源注入模式能更好实现基频激光波长与线宽控制。

本发明还可以有其他多种实施例，再不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出相应的改变和变型，但这些相应的改变和变型都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其包括：时序合成同步控制系统1、脉冲钠信标激光器系统、偏振合成系统3和像传递系统4；其特征在于：所述的脉冲钠信标激光器系统由至少二台脉冲钠信标子激光器2组成，每台脉冲钠信标子激光器2均在时序合成同步控制系统1的控制下，分别产生一组时序脉冲钠信标激光；每台脉冲钠信标子激光器所产生的一组时序脉冲钠信标激光经像传递系统4进行光束整形后，再经偏振时序合系统3的偏振和束器件3-1和偏振调制器3-2合成为一束高平均功率、高重复频率脉冲钠信标激光。

每台脉冲钠信标子激光器2均由高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01、高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02、高功率窄线宽1064nm激光放大器2-11、高功率窄线宽1319nm激光放大器2-12、第一折返镜2-21、第二折返镜2-22和非线性晶体2-3组成；所述的像传递系统4由1064nm基频光像传递系统4-1、和1319nm基频光像传递系统4-2和589nm像传递系统4-3组成；

在所述时序合成同步控制系统1的控制下，所述高功率窄线宽1064nm基频光种子源2-01产生高功率窄线宽1064nm基频种子光，该高功率窄线宽1064nm基频种子光注入高功率窄线宽1064nm激光放大器2-11进行种子激光功率放大；高功率窄线宽1319nm基频光种子源2-02产生高功率窄线宽1319nm基频种子光，该高功率窄线宽1319nm基频种子光注入高功率窄线宽1319nm激光放大器2-12进行种子激光功率放大；

经放大后的1064nm基频种子光经过一个1064nm基频光像传递系统4-1进行光束整形；经放大后的1319nm基频种子光经过1319nm基频光像传递系统4-2进行光束整形；整形后的1064nm基频光与1319nm基频光实现光束匹配，整形后的1064nm基频光和1319nm基频光经第一折返镜2-21和第二折返镜2-22进行和束，和束后同时进入非线性晶体2-3进行和频产生589nm钠信标激光；所述至少二台脉冲钠信标子激光器分别各自产生一束589nm时序脉冲钠信标激光；

所述的至少二台脉冲钠信标子激光器各自产生的一束589nm时序脉冲钠信标激光分别经过589nm像传递系统4-3进行光束整形，以使全部589nm时序脉冲钠信标激光的模式相匹配，再经偏振和束器件3-1依次和束，偏振调制器3-2对和束后的589nm时序脉冲钠信标激光进行偏振调制，使和束后的589nm时序脉冲钠信标激光保持单一偏振态，从而得到一束高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光。

2.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述时序合成同步控制系统1由信号源1-1和电源1-2组成。

3.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述折返镜2-21为1064nm激光高透1319nm激光高反镜；折返镜2-22为1319nm激光高反镜；或者所述折返镜2-21为1064nm激光高反，折返镜2-22为1319nm激光高透1064nm激光高反镜。

4.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述非线性晶体2-3为三硼酸锂晶体、磷酸氧钛钾晶体或偏硼酸钡晶体。

5.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述偏振和束器件3-1对相互垂直的两种偏振态分别具有高反射率与高透过率，以实现对一种偏振态高透过率传输，同时对另一种偏振态高反射率传输。

6.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述偏振调制器3-2为用以调节入射激光偏振态的电光调制器、声光调制器或磁光调制器。

7.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述589nm时序脉冲钠信标激光重复频率f相同，脉宽τ_p相同，相邻两束脉冲信号时间间隔△t,所述Δt满足下式：2τ_p<Δt<1/(N·f)，N为脉冲钠信标子激光器的台数，N为2-10的正整数。

8.按权利要求1所述的产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置，其特征在于，所述1064nm基频光像传递系统4-1、1319nm基频光像传递系统4-2，以及589nm像传递系统4-3由不同焦距的透镜组组成。

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