CN103368053B - 一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，涉及雷达的光源系统领域。本发明是为了解决现有1.6μm激光器不能输出单频脉冲激光的问题。本发明所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，选用单掺Er:YAG晶体作为激光介质，波长为1532nm的激光二极管作为泵浦光源，运用注入锁定技术，在调Q重复频率为100Hz时，得到了雷达系统所需的单脉冲能量达到2.6mJ的单频脉冲1645.2nm激光，该激光线宽为42kHz，脉冲宽度为210ns。本发明全部采用固态器件，得到了全固态、小型化的激光器。本发明所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器能够为相干多普勒测风雷达提供适合的光源。
Description
技术领域
本发明涉及一种单频脉冲固体激光器，涉及雷达的光源系统领域。
背景技术
在实际的应用中，激光测距机、相干多普勒雷达和差分吸收激光雷达等系统要求其光源在大气中的损耗越小越好，1645nm种子注入单频脉冲固体激光器是上述激光雷达的高性能激光发射源，且1645nm激光可被光纤传输，使其应用领域广泛，涉及到遥感和光通信等诸多方面。LD激光二极管泵浦的Er单掺杂材料是实现1.6μm输出的有效途径，现有的1.6μm激光器已经实现了连续波的单频激光输出，但是上述应用所要求的单频脉冲激光还不能够实现输出。
发明内容
本发明是为了解决现有1.6μm激光器不能输出单频脉冲激光的问题。现提供一种LD泵浦的脉冲单频1645nm固体激光器。
一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，它包括：Er:YAG种子激光器、Er:YAG脉冲激光器和注入锁频伺服系统；
所述Er:YAG种子激光器包括：第一全反镜、第一Er:YAG晶体、起偏元件、第一波长调谐元件、第二波长调谐元件、输出耦合镜和第一激光二极管；
所述Er:YAG脉冲激光器包括：1.6μm输出耦合镜、第一1.6μm全反镜、第二Er:YAG晶体、第二1.6μm全反镜、第三1.6μm全反镜、声光调Q晶体、第二激光二极管和第三激光二极管；
所述注入锁频伺服系统包括：压电陶瓷、红外探测器和电学伺服系统；
第一激光二极管发出的LD泵浦光依次经过第一全反镜、第一Er:YAG晶体、起偏元件、第一波长调谐元件、第二波长调谐元件和输出耦合镜透射出Er:YAG种子激光器；
1.6μm输出耦合镜将其接收的种子激光透射到声光调Q晶体上，声光调Q晶体将种子激光透射到第三1.6μm全反镜上，第三1.6μm全反镜将种子激光反射到第一1.6μm全反镜上，第一1.6μm全反镜将种子激光反射到第二Er:YAG晶体的一端，第二激光二极管发出的泵浦光经第二1.6μm全反镜透射到第二Er:YAG晶体的另一端，第三激光二极管发出的泵浦光经第一1.6μm全反镜透射到第二Er:YAG晶体的一端，第二Er:YAG晶体的另一端输出的激光入射到第二1.6μm全反镜上，第二1.6μm全反镜将该激光反射到1.6μm输出耦合镜上，1.6μm输出耦合镜将该激光分束获得透射光和反射光，该透射光作为LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器的输出光，该反射光经1.6μm输出耦合镜反射到声光调Q晶体上；
第三1.6μm全反镜固定在压电陶瓷的一面，压电陶瓷的电压信号输入端连接电学伺服系统的电压信号输出端，红外探测器位于压电陶瓷的另一面，红外探测器的电信号输出端连接电学伺服系统的电信号输入端，电学伺服系统的控制信号输出端连接声光调Q晶体的控制信号输入端。
上述1.6μm输出耦合镜、第一1.6μm全反镜、第二Er:YAG晶体、第二1.6μm全反镜、第三1.6μm全反镜和声光调Q晶体构成了一个矩形腔，该矩形腔的周长为330mm。
上述1.6μm输出耦合镜和第三1.6μm全反镜均为平面镜，1.6μm输出耦合镜的透过率为8%。
上述1.6μm输出耦合镜的一面镀有对振荡光部分透射的介质膜，第一1.6μm全反镜第二1.6μm全反镜和第三1.6μm全反镜的反射面均镀有泵浦光高透、振荡光高反的介质膜。
上述输出耦合镜的透过率为3.5%。
上述第一激光二极管、第二激光二极管和第三激光二极管的波长均为1532nm。
一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，它还包括：耦合系统，所述耦合系统包括：第一变换透镜、二分之一波片、光学隔离元件、第二全反镜、第三全反镜和第二变换透镜；
第一变换透镜将其接受到的种子激光经二分之一波片和光学隔离元件透射到第二全反镜上，该第二全反镜将种子激光反射到第三全反镜上，该第三全反镜将种子激光反射到第二变换透镜上，经第二变换透镜透射的种子激光作为耦合系统的输出光，该输出光入射至1.6μm输出耦合镜。
上述第一全反镜、第二全反镜和第三全反镜的反射面均镀有LD泵浦光高透、振荡光高反的介质膜，第一Er:YAG晶体的两面均镀有LD泵浦光高透且振荡光高透的介质膜，输出耦合镜的一面镀有LD泵浦光高透、振荡光部分透射的介质膜。
本发明所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，选用单掺Er:YAG晶体作为激光介质，使用波长为1532nm的激光二极管作为泵浦光源，运用注入锁定技术，在调Q重复频率为100Hz时，得到了雷达系统所需要的单脉冲能量达到2.6mJ的单频脉冲1645.2nm激光，该激光线宽为42kHz，脉冲宽度为210ns。并且本发明全部采用固态器件，得到了全固态、小型化的激光器。本发明所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器能够为相干多普勒测风雷达提供适合的光源。
附图说明
图1是LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，它包括：Er:YAG种子激光器、Er:YAG脉冲激光器和注入锁频伺服系统；
所述Er:YAG种子激光器包括：第一全反镜1、第一Er:YAG晶体2、起偏元件3、第一波长调谐元件4、第二波长调谐元件5、输出耦合镜6和第一激光二极管22；
所述Er:YAG脉冲激光器包括：1.6μm输出耦合镜13、第一1.6μm全反镜14、第二Er:YAG晶体15、第二1.6μm全反镜16、第三1.6μm全反镜17、声光调Q晶体18、第二激光二极管23和第三激光二极管24；
所述注入锁频伺服系统包括：压电陶瓷19、红外探测器20和电学伺服系统21；
第一激光二极管22发出的LD泵浦光依次经过第一全反镜1、第一Er:YAG晶体2、起偏元件3、第一波长调谐元件4、第二波长调谐元件5和输出耦合镜6透射出Er:YAG种子激光器；
1.6μm输出耦合镜13将其接收的种子激光透射到声光调Q晶体18上，声光调Q晶体18将种子激光透射到第三1.6μm全反镜17上，第三1.6μm全反镜17将种子激光反射到第一1.6μm全反镜14上，第一1.6μm全反镜14将种子激光反射到第二Er:YAG晶体15的一端，第二激光二极管23发出的泵浦光经第二1.6μm全反镜16透射到第二Er:YAG晶体15的另一端，第三激光二极管24发出的泵浦光经第一1.6μm全反镜14透射到第二Er:YAG晶体15的一端，第二Er:YAG晶体15的另一端输出的激光入射到第二1.6μm全反镜16上，第二1.6μm全反镜16将该激光反射到1.6μm输出耦合镜13上，1.6μm输出耦合镜13将该激光分束获得透射光和反射光，该透射光作为LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器的输出光，该反射光经1.6μm输出耦合镜13反射到声光调Q晶体18上；
第三1.6μm全反镜17固定在压电陶瓷19的一面，压电陶瓷19的电压信号输入端连接电学伺服系统21的电压信号输出端，红外探测器20位于压电陶瓷的另一面，红外探测器20的电信号输出端连接电学伺服系统21的电信号输入端，电学伺服系统21的控制信号输出端连接声光调Q晶体18的控制信号输入端。
起偏元件3能够保证Er:YAG种子激光器输出的激光为线偏振激光，第一波长调谐元件4和第二波长调谐元件5能够限制Er:YAG种子激光器输出的激光为单纵模激光。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，1.6μm输出耦合镜13、第一1.6μm全反镜14、第二Er:YAG晶体15、第二1.6μm全反镜16、第三1.6μm全反镜17和声光调Q晶体18构成了一个矩形腔，该矩形腔的周长为330mm。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，1.6μm输出耦合镜13和第三1.6μm全反镜17均为平面镜，1.6μm输出耦合镜13的透过率为8%。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，1.6μm输出耦合镜13的一面镀有对振荡光部分透射的介质膜，第一1.6μm全反镜14第二1.6μm全反镜16和第三1.6μm全反镜17的反射面均镀有泵浦光高透、振荡光高反的介质膜。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，输出耦合镜6的透过率为3.5%。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，第一激光二极管22、第二激光二极管23和第三激光二极管24的波长均为1532nm。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，它还包括：耦合系统，所述耦合系统包括：第一变换透镜7、二分之一波片8、光学隔离元件9、第二全反镜10、第三全反镜11和第二变换透镜12；
第一变换透镜7将其接受到的种子激光经二分之一波片8和光学隔离元件9透射到第二全反镜10上，该第二全反镜10将种子激光反射到第三全反镜11上，该第三全反镜11将种子激光反射到第二变换透镜12上，经第二变换透镜12透射的种子激光作为耦合系统的输出光，该输出光入射至1.6μm输出耦合镜13。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式一或五所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器作进一步说明，本实施方式中，第一全反镜1、第二全反镜10和第三全反镜11的反射面均镀有LD泵浦光高透、振荡光高反的介质膜，第一Er:YAG晶体2的两面均镀有LD泵浦光高透且振荡光高透的介质膜，输出耦合镜6的一面镀有LD泵浦光高透、振荡光部分透射的介质膜。
Claims (8)
1.一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，它包括：Er:YAG种子激光器、Er:YAG脉冲激光器和注入锁频伺服系统；
所述Er:YAG种子激光器包括：第一全反镜(1)、第一Er:YAG晶体(2)、起偏元件(3)、第一波长调谐元件(4)、第二波长调谐元件(5)、输出耦合镜(6)和第一激光二极管(22)；
所述Er:YAG脉冲激光器包括：1.6μm输出耦合镜(13)、第一1.6μm全反镜(14)、第二Er:YAG晶体(15)、第二1.6μm全反镜(16)、第三1.6μm全反镜(17)、声光调Q晶体(18)、第二激光二极管(23)和第三激光二极管(24)；
所述注入锁频伺服系统包括：压电陶瓷(19)、红外探测器(20)和电学伺服系统(21)；
第一激光二极管(22)发出的LD泵浦光依次经过第一全反镜(1)、第一Er:YAG晶体(2)、起偏元件(3)、第一波长调谐元件(4)、第二波长调谐元件(5)和输出耦合镜(6)透射出Er:YAG种子激光器；
1.6μm输出耦合镜(13)将其接收的种子激光透射到声光调Q晶体(18)上，声光调Q晶体(18)将种子激光透射到第三1.6μm全反镜(17)上，第三1.6μm全反镜(17)将种子激光反射到第一1.6μm全反镜(14)上，第一1.6μm全反镜(14)将种子激光反射到第二Er:YAG晶体(15)的一端，第二激光二极管(23)发出的泵浦光经第二1.6μm全反镜(16)透射到第二Er:YAG晶体(15)的另一端，第三激光二极管(24)发出的泵浦光经第一1.6μm全反镜(14)透射到第二Er:YAG晶体(15)的一端，第二Er:YAG晶体(15)的另一端输出的激光入射到第二1.6μm全反镜(16)上，第二1.6μm全反镜(16)将该激光反射到1.6μm输出耦合镜(13)上，1.6μm输出耦合镜(13)将该激光分束获得透射光和反射光，该透射光作为LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器的输出光，该反射光经1.6μm输出耦合镜(13)反射到声光调Q晶体(18)上；
第三1.6μm全反镜(17)固定在压电陶瓷(19)的一面，压电陶瓷(19)的电压信号输入端连接电学伺服系统(21)的电压信号输出端，红外探测器(20)位于压电陶瓷的另一面，红外探测器(20)的电信号输出端连接电学伺服系统(21)的电信号输入端，电学伺服系统(21)的控制信号输出端连接声光调Q晶体(18)的控制信号输入端。
2.根据权利要求1所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，1.6μm输出耦合镜(13)、第一1.6μm全反镜(14)、第二Er:YAG晶体(15)、第二1.6μm全反镜(16)、第三1.6μm全反镜(17)和声光调Q晶体(18)构成了一个矩形腔，该矩形腔的周长为330mm。
3.根据权利要求1所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，1.6μm输出耦合镜(13)和第三1.6μm全反镜(17)均为平面镜，1.6μm输出耦合镜(13)的透过率为8％。
4.根据权利要求1所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，1.6μm输出耦合镜(13)的一面镀有对振荡光部分透射的介质膜，第一1.6μm全反镜(14)第二1.6μm全反镜(16)和第三1.6μm全反镜(17)的反射面均镀有泵浦光高透、振荡光高反的介质膜。
5.根据权利要求1所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，输出耦合镜(6)的透过率为3.5％。
6.根据权利要求1所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，第一激光二极管(22)、第二激光二极管(23)和第三激光二极管(24)的波长均为1532nm。
7.根据权利要求1所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，它还包括：耦合系统，所述耦合系统包括：第一变换透镜(7)、二分之一波片(8)、光学隔离元件(9)、第二全反镜(10)、第三全反镜(11)和第二变换透镜(12)；
第一变换透镜(7)将其接受到的种子激光经二分之一波片(8)和光学隔离元件(9)透射到第二全反镜(10)上，该第二全反镜(10)将种子激光反射到第三全反镜(11)上，该第三全反镜(11)将种子激光反射到第二变换透镜(12)上，经第二变换透镜(12)透射的种子激光作为耦合系统的输出光，该输出光入射至1.6μm输出耦合镜(13)。
8.根据权利要求7所述的一种LD泵浦的单频脉冲1645nm固体激光器，其特征在于，第一全反镜(1)、第二全反镜(10)和第三全反镜(11)的反射面均镀有LD泵浦光高透、振荡光高反的介质膜，第一Er:YAG晶体(2)的两面均镀有LD泵浦光高透且振荡光高透的介质膜，输出耦合镜(6)的一面镀有LD泵浦光高透、振荡光部分透射的介质膜。
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