CN104269731A - 一种和频钠信标激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种和频钠信标激光器，包括：1064nm基频激光子系统、1319nm基频激光子系统、和频子系统以及频率控制子系统；1064nm基频激光子系统发射1064nm的基频激光并做功率放大，1319nm基频激光子系统发射1319nm的基频激光并做功率放大；放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光在和频子系统中进行非线性频率变换，产生波长为589nm的钠信标激光；频率控制子系统实时监测波长为589nm的钠信标激光的中心频率以及频谱，并对1064nm基频激光子系统或者1319nm基频激光子系统进行反馈式频率控制，使得和频后的589nm钠信标激光对准钠原子D2a与D2b双峰谱线。
Description
技术领域
本发明涉及全固态激光器领域，尤其涉及和频钠信标激光器。
背景技术
钠信标激光器用来激发海拔80-105km大气电离层中的钠原子，产生高亮度的钠导引星，以之作为信标源获取光通过大气产生的波前畸变信息，再利用自适应光学技术校正大气扰动，可以极大地提高地基光学望远镜的分辨率，达到近衍射极限，这对于天文观测与空间目标探测等具有重要意义。
钠信标激光器的技术难点在于须与大气电离层中的钠原子共振并实现高亮度，为此对其几乎所有性能指标都提出了严格要求，如极窄线宽(小于大气电离层中钠原子D2谱线宽度1.2GHz)、高平均功率、高光束质量、波长精确锁定在钠D2线、高偏振度等，是目前激光技术研究的国际热点和难点之一。
全固态激光器、和频钠信标激光器为钠信标激光技术的重要研究方向。为满足应用需求，钠信标激光系统研制的技术难度非常大，对和频激光钠信标系统中1064nm基频激光激光子系统、1319nm基频激光激光子系统、和频子系统、及频率控制系统提出巨大挑战。其中，高功率高光束质量激光输出、以及频率及其稳定性高精度控制为和频钠信标激光技术亟待解决的核心问题；高功率高光束质量激光输出技术难点在于：1064nm激光子系统以及1319nm激光子系统激光功率及光束质量提高，相比于1064nm激光，1319nm激光量子效率低，热效应严重，且发射截面较小，因此1319nm激光子系统功率提高以及高稳定性频率控制更加困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的钠信标激光器的缺陷，从而提供一种具有较高选频、稳频能力的钠信标激光器。
为了实现上述目的，本发明提供了一种和频钠信标激光器，包括：1064nm基频激光子系统、1319nm基频激光子系统、和频子系统以及频率控制子系统；其中，
所述1064nm基频激光子系统发射波长为1064nm的基频激光并对该基频激光做功率放大，所述1319nm基频激光子系统发射波长为1319nm的基频激光并对该基频激光做功率放大；放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光在和频子系统中进行非线性频率变换，产生波长为589nm的钠信标激光；所述频率控制子系统实时监测波长为589nm的钠信标激光的中心频率以及频谱，并对1064nm基频激光子系统或者1319nm基频激光子系统进行反馈式频率控制，使得和频后的589nm钠信标激光对准钠原子D2a与D2b双峰谱线；
所述1064nm基频激光子系统包括：1064nm基频激光振荡器、1064nm基频激光放大器以及1064nm激光精密波长线宽调控器；所述1064nm激光精密波长线宽调控器位于所述1064nm基频激光振荡器内，对1064nm基频激光振荡器所产生的激光做频率选择与频率稳定性控制，以生成高光束质量、窄线宽的1064nm种子激光，所述1064nm基频激光放大器对1064nm种子激光做功率放大；
所述1319nm基频激光子系统包括：1319nm基频激光振荡器、1319nm基频激光放大器以及1319nm激光精密波长线宽调控器；所述1319nm激光精密波长线宽调控器位于所述1319nm基频激光振荡器内，对1319nm基频激光振荡器所产生的激光做频率选择与频率稳定性控制，以生成高光束质量、窄线宽的1319nm种子激光，1319nm基频激光放大器对1319nm种子激光做功率放大。
上述技术方案中，所述1064nm激光精密波长线宽调控器对1064nm基频激光振荡器所发出的激光具有小于0.001ppm的超低损耗系数与选频能力优于1.5GHz的高精度选频稳频能力；所述1319nm激光精密波长线宽调控器对1319nm基频激光振荡器所发出的激光具有小于0.001ppm的超低损耗系数与选频能力优于600MHz的高精度选频稳频能力。
上述技术方案中，所述1064nm基频激光振荡器进一步包括激光谐振腔、激光增益介质，所述激光增益介质置于所述激光谐振腔内，在泵浦条件下，形成1064nm激光振荡；所述1064nm基频激光放大器进一步包括：用于对1064nm种子激光的模式进行控制及优化的1064nm激光模式控制系统、用于对模式优化后的1064nm种子激光进行功率放大的1064nm功率放大模块；
所述1319nm基频激光振荡器进一步包括：激光谐振腔，激光增益介质，该激光增益介质置于所述激光谐振腔内，在泵浦条件下，形成1319nm激光振荡；所述1319nm基频激光放大器进一步包括：1319nm激光模式控制系统，用于对1319nm种子激光模式进行控制及优化；1319nm功率放大模块，用于对模式优化后的1319nm种子激光进行功率放大；1319nm高增益谱线抑制器，用于对1319nm基频激光放大器中的其他谱线在高增益条件下的超辐射进行抑制，实现特定波长低增益多通道的选择性跃迁及放大。
上述技术方案中，所述1319nm高增益谱线抑制器至少包括一个分频元件，该分频元件通过反射或透射分离1319nm激光与其它波长的超辐射，使得仅有1319nm激光能够低损耗进入下一级功率放大模块。
上述技术方案中，所述分频元件采用以下任意一种实现：
镀有选择性介质膜的光学镜片，所述膜系为：1319nm反射率大于95％的高反膜以及1064nm透过率大于90％的高透膜，或1319nm透过率大于95％的高透膜以及1064nm反射率大于90％的高反膜；
或者色散棱镜；
或者偏振片，所述偏振片为：对1319nm偏振激光反射率大于95％的高反膜以及1604nm透过率大于90％的高透膜；或1319nm偏振激光透过率大于95％的高透膜以及1604nm反射率大于90％的高反膜；
或者干涉元件。
上述技术方案中，所述1064nm基频激光振荡器内还包括：1064nm脉冲调制器，该脉冲调制器位于所述1064nm激光振荡器谐振腔内，垂直光轴放置，其用于实现1064nm种子激光弛豫振荡抑制、获得平滑脉冲；
所述1319nm基频激光振荡器2-1内还包括：1319nm脉冲调制器，该脉冲调制器位于所述1319nm激光振荡器谐振腔内，垂直光轴放置，其用于实现1319nm种子激光弛豫振荡抑制、获得平滑脉冲。
上述技术方案中，所述和频子系统包括：基频激光模式控制系统，用于控制及优化功率放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光的模式；合束器，用于对1064nm基频激光与1319nm基频激光合束；和频介质，用于对模式优化后的1064nm基频激光与1319nm基频激光进行非线性频率变换，产生589nm钠信标激光。
上述技术方案中，所述频率控制子系统采用波长计实现；所述波长计实时监测589nm钠信标激光，然后反馈控制1064nm基频激光振荡器或1319nm基频激光振荡器，实现589nm钠信标激光闭环控制对准钠原子D2a与D2b双峰谱线。
上述技术方案中，所述频率控制子系统采用589nm频率调制器实现。
本发明的优点在于：
1、本发明的和频钠信标激光器采用超低损耗高色散的精密波长线宽调控器以解决现有技术中基频激光激光器功率提高、高精度频率控制以及稳频控制的技术问题，该精密波长线宽调控器对于基频激光具有极低的损耗系数，可降低基频激光损耗提高激光器效率，同时极大降低精密波长线宽调控器产热量，从而提高其选频以及稳频能力；
2、本发明的和频钠信标激光器采用了1319nm高增益谱线抑制器，它能有效抑制高增益条件下其它谱线(尤其是1064nm激光)的多通道超辐射，极大提高1319nm多级功率放大能量提取效率；
3、本发明的和频钠信标激光器可有效提高和频钠信标激光技术中1064nm基频激光、特别是1319nm基频激光的输出功率，以及基频极光很光束质量，同时大大降低频率控制难度，提高系统选频以及稳频能力；对于解决钠信标激光技术瓶颈问题具有重要意义。
附图说明
图1是本发明的和频钠信标激光器的整体结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的钠信标激光器结构示意图；
图3是本发明和频钠信标激光器的基本结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的基频激光振荡器结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的1319nm放大器结构示意图；
图6是本发明实施例2提供的钠信标激光器结构示意图；
图7是本发明实施例3提供的钠信标激光器结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，本发明的和频钠信标激光器包括：1064nm基频激光子系统1、1319nm基频激光子系统2、和频子系统3以及频率控制子系统4；其中，所述1064nm基频激光子系统1发射波长为1064nm的基频激光并对该基频激光做功率放大，所述1319nm基频激光子系统2发射波长为1319nm的基频激光并对该基频激光做功率放大；放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光在和频子系统3中进行非线性频率变换，产生波长为589nm的钠信标激光；所述频率控制子系统4实时监测波长为589nm的钠信标激光的中心频率以及频谱，并对1064nm基频激光子系统1以及1319nm基频激光子系统2进行反馈式频率控制。在图1中，实线表示光路，虚线表示频率控制子系统4对激光器中的其他部件的控制关系。
下面对和频钠信标激光器中的各个部件做进一步的说明。
参考图2，所述1064nm基频激光子系统1进一步包括：1064nm基频激光振荡器1-1以及1064nm基频激光放大器；其中的1064nm基频激光振荡器1-1产生高光束质量、窄线宽的1064nm种子激光，该1064nm种子激光经1064nm基频激光放大器进行功率放大。在一个实施例中，参见图3，所述1064nm基频激光振荡器1-1可进一步包括激光谐振腔1-11、激光增益介质1-12，所述激光增益介质1-12置于所述激光谐振腔1-11内，在泵浦条件下，形成1064nm激光振荡；所述1064nm基频激光放大器可进一步包括：1064nm激光模式控制系统1-21、1064nm功率放大模块1-22。所述1064nm激光模式控制系统1-21用于对1064nm种子激光的模式进行控制及优化；其中，本申请中所提到的激光的模式是指激光能量的空间分布方式。所述1064nm功率放大模块1-22至少有一个，用于对模式优化后的1064nm种子激光进行功率放大。
所述1319nm基频激光子系统2进一步包括：1319nm基频激光振荡器2-1以及1319nm基频激光放大器；其中的1319nm基频激光振荡器2-1产生高光束质量、窄线宽的1319nm种子激光，该1319nm种子激光经1319nm基频激光放大器2-2进行功率放大。其中，所述1319nm基频激光振荡器2-1进一步包括：激光谐振腔2-11，激光增益介质2-12，该激光增益介质2-12置于所述激光谐振腔2-11内，在泵浦条件下，形成1319nm激光振荡；所述1319nm基频激光放大器可进一步包括：1319nm激光模式控制系统2-21，用于对1319nm种子激光模式进行控制及优化；1319nm功率放大模块2-22，该模块至少有一个，用于对模式优化后的1319nm种子激光进行功率放大；1319nm高增益谱线抑制器2-23，用于对1319nm基频激光放大器2-2中的其他谱线在高增益条件下的超辐射进行抑制。
作为一种可选的实现方式，所述1064nm基频激光振荡器1-1内还包括：1064nm脉冲调制器1-7，如图4所示，该脉冲调制器位于所述1064nm激光振荡器谐振腔内，垂直光轴放置，其用于实现1064nm种子激光弛豫振荡抑制、获得平滑脉冲。
类似的，所述1319nm基频激光振荡器2-1内还包括：1319nm脉冲调制器，该脉冲调制器位于所述1319nm激光振荡器谐振腔内，垂直光轴放置，其用于实现1319nm种子激光弛豫振荡抑制、获得平滑脉冲。
所述1319nm高增益谱线抑制器2-23至少包括一个分频元件，1319nm激光经分频元件反射或透射后分离1319nm激光与其它波长的超辐射，使得仅有1319nm激光可以低损耗进入下一级功率放大模块，极大提高1319nm功率放大模块提取效率。所述分频元件可以采用以下任意一种实现：镀有选择性介质膜的光学镜片，所述膜系可以为1319nm反射率大于95％的高反膜以及1064nm透过率大于90％的高透膜，也可以为1319nm透过率大于95％的高透膜以及1064nm反射率大于90％的高反膜；或者色散棱镜，如三棱镜；或者偏振片，所述偏振片可以为对1319nm偏振激光反射率大于95％的高反膜，以及1604nm透过率大于90％的高透膜，也可以为1319nm偏振激光透过率大于95％的高透膜，以及1604nm反射率大于90％的高反膜；或者干涉元件，如标准具。
参考图2，所述和频子系统3包括：基频激光模式控制系统3-1，用于控制及优化功率放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光的模式；合束器3-3，用于对1064nm基频激光与1319nm基频激光合束；和频介质3-2，用于对模式优化后的1064nm基频激光与1319nm基频激光进行非线性频率变换，产生589nm钠信标激光。
所述频率控制子系统4包括：波长计4-1；所述波长计4-1实时监测589nm钠信标激光，然后反馈控制1064nm基频激光振荡器1-1(或1319nm基频激光振荡器2-1)，实现589nm钠信标激光精确对准钠原子双峰谱线，从而实现高功率、高精度及频率稳定性控制589nm准连续钠信标激光。
作为一种可选的实现方式，在另一实施例中，所述频率控制子系统还可以为589nm频率调制器，通过该频率调制器可直接实现589nm钠信标激光频率控制，使得和频后589nm钠信标激光精确对准钠原子D2a与D2b双峰谱线。
作为一种优选实现方式，如图3所示，所述1064nm基频激光子系统1中还包括有1064nm激光精密波长线宽调控器1-3，该1064nm激光精密波长线宽调控器1-3位于激光谐振腔1-11内，且在激光增益介质1-12之后(按照光的传播路径)；所述1319nm基频激光子系统2中还包括有1319nm激光精密波长线宽调控器2-3，该1319nm激光精密波长线宽调控器2-3位于激光谐振腔2-11内，且在激光增益介质2-12之后(按照光的传播路径)。这两个精密波长线宽调控器都具有频率选择以及频率稳定性控制的功能。具体的说，所述精密波长线宽调控器对于激光振荡器发出的激光具有超低损耗系数，如小于0.001ppm，还具有高精度选频稳频能力，1064nm激光精密波长线宽调控器1-3的选频能力优于1.5GHz，1319nm激光精密波长线宽调控器2-3的选频能力优于600MHz。
在下面的实施例中会对本发明的和频钠信标激光器做进一步的描述。
实施例1
本实施例提供一种和频钠信标激光器，采用侧面泵浦双棒串接四镜环形腔主振荡与行波腔功率放大技术，获得589nm和频钠信标激光输出。
本实施例如图2和图3所示，1064nm基频激光振荡器1-1为侧面泵浦双棒串接四镜环形腔Nd:YAG激光器：1064nm激光振荡器1-1中具有对1064nm激光损耗系数小于0.001ppm的1064nm激光精密波长线宽调控器1-3，其厚度为5mm，两端面对1064nm光反射率为60％；1319nm激光振荡器2-1中具有对1319nm激光损耗系数小于0.001ppm的1319nm激光精密波长线宽调控器2-3，其厚度为3mm，两端面对1319nm光反射率为70％。采用高精度温控仪对两选频稳频器进行温度控制。上述激光振荡器中，分别插入KPT晶体作为脉冲调制器，抑制弛豫震荡，晶体尺寸为5×5×5mm，双端面镀有1064nm以及1319nm增透膜；KPT晶体分别按两种波长I类倍频相位匹配角切割。
采用侧面泵浦双棒串接四镜环形腔Nd:YAG激光器的1064nm基频激光振荡器1-1的具体结构如图4所示：激光谐振腔1-11包括：三个10°1064nm高反镜1-111，45°1064nm高反镜1-112以及55.6°偏振片1-113。激光增益介质1-12为圆棒状Nd:YAG晶体，Nd离子掺杂浓度为1at.％，晶体棒直径为3mm，长度为80mm，晶体双端面镀有1064nm激光增透膜；两激光增益介质间具有90°旋光晶体1-4，用于补偿热效应。激光谐振腔1-11内还具有法拉第旋光器1-5与半波片1-6，用于实现单向运转。
采用侧面泵浦双棒串接四镜环形腔Nd:YAG激光器的1319nm基频激光振荡器2-1的具体结构与前述采用侧面泵浦双棒串接四镜环形腔Nd:YAG激光器的1064nm基频激光振荡器1-1的结构相类似，其激光谐振腔2-11包括三个10°1319nm与1064nm高反镜，45°1319nm与1064nm高反镜，以及55.6°偏振片。激光增益介质2-21为圆棒状Nd:YAG晶体，Nd离子掺杂浓度为1at.％，晶体棒直径为3mm，长度为80mm，晶体双端面镀有1319nm与1064nm激光增透膜；两激光增益介质间具有90°旋光晶体，用于补偿热效应。激光谐振腔2-11内具有法拉第旋光器与半波片，用于实现单向运转。
在重复频率为500Hz，脉冲宽度为200μs条件下，采用侧面泵浦双棒串接四镜环形腔Nd:YAG激光器的1064nm基频激光振荡器1-1所输出的种子激光的性能参数为：平均功率为50W的1064nm种子激光，线宽1.5GHz，光束质量M2＝1.2。在重复频率为500Hz，脉冲宽度为200μs条件下，采用侧面泵浦双棒串接四镜环形腔Nd:YAG激光器的1319nm基频激光振荡器2-1所输出的种子激光的性能参数为：平均功率为23W的1319nm种子激光，线宽600MHz，光束质量M2＝1.3。
1064nm种子激光通过1064nm激光模式控制系统1-21，经行模式控制，使其与1064nm功率放大模块1-22模式匹配，然后利用1064nm功率放大模块1-22进行激光功率放大；1064nm功率放大模块1-22采用行波放大技术，其采用的激光增益介质为圆棒状Nd:YAG晶体，Nd离子掺杂浓度为1at.％，晶体棒直径为3mm，长度为80mm的晶体双端面镀有1064nm激光增透膜；种子激光经过1064nm功率放大模块1-22中的泵浦模块双程功率放大后，泵浦功率为300W时，1064nm激光功率放大至80W。
1319nm功率放大模块2-22也采用行波放大技术，其采用的激光增益介质为圆棒状Nd:YAG晶体，Nd离子掺杂浓度为1at.％，晶体棒直径为3mm，长度为80mm晶体双端面镀有1319nm与1064nm激光增透膜。
在图5中示出了1319nm激光做功率放大的过程，如图所示，1319nm种子激光先通过1319nm激光第一模式控制元件2-211，经行模式控制，使其与1319nm功率放大模块2-22模式匹配，然后利用1319nm功率放大模块2-22进行激光功率放大；所述1319nm功率放大模块2-22包括第一泵浦模块2-221、第二泵浦模块2-222、第三泵浦模块2-223以及第四泵浦模块2-224；在所述的第一泵浦模块2-221、第二泵浦模块2-222之间具有能抑制1064nm等其它波长形成超辐射的透射式高增益谱线抑制器2-231以及1319nm激光第二模式控制元件2-212，在所述第二泵浦模块2-222之后还包括有1319nm激光第三模式控制元件2-213；1319nm激光经1319nm激光第一模式控制元件2-211出射后，依次经过偏振片2-24、第一泵浦模块2-221、透射式高增益谱线抑制器2-231、1319nm激光第二模式控制元件2-212、第二泵浦模块2-222后，到达1319nm激光第三模式控制元件2-213；该1319nm激光第三模式控制元件2-213对激光做模式控制与反射，反射后的激光再依次通过第二泵浦模块2-222、1319nm激光第二模式控制元件2-212、透射式高增益谱线抑制器2-231、第一泵浦模块2-221，实现对激光的双程功率预防大；预防大后的1319nm激光在偏振片2-24处反射后到达反射式高增益谱线抑制器2-232，然后通过1319nm激光第四模式控制元件2-214做模式控制，最后经过第三泵浦模块2-223以及第四泵浦模块2-224做单程功率放大。泵浦功率为400W时，1319nm激光功率可放大至60W。
上述过程中，透射式高增益谱线抑制器2-231为光学镜片，所述膜系为：1319nm透过率大于95％的高透膜以及1064nm反射率大于90％的高反膜。反射式高增益谱线抑制器2-232为光学镜片，所述膜系为：1319nm反射率大于95％的高反膜以及1064nm透过率大于90％的高透膜。
功率放大后1064nm与1319nm基频激光通过基频激光模式控制系统3-1进行模式控制与优化，并通过合束器3-3进行和束，然后经LBO和频晶体3-2进行和频，获得功率为30W的准连续589nm钠信标激光。
频率控制子系统4包括：波长计4-1；所述波长计4-1实时监测589nm钠信标激光，然后反馈控制1064nm基频激光振荡器1-1(该反馈控制过程在图2中标记为4-2)，实现589nm钠信标激光精确对准钠原子双峰谱线，从而实现高功率、高精度及频率稳定性控制589nm准连续钠信标激光。
本发明提供的和频钠信标激光器，采用精密波长线宽调控器解决现有技术中基频激光激光器功率提高、高精度频率控制以及稳频控制的技术问题；采用1319nm高增益谱线抑制器，有效抑制高增益条件下其它谱线(尤其是1064nm激光)超辐射，极大提高1319nm功率放大模块提取效率，从而提高钠信标激光输出功率以及频率控制能力。
实施例2
本实施例提供一种和频钠信标激光器，采用单块非平面环形腔技术与注入锁定技术，获得589nm和频钠信标激光输出，如图6所示。
在本实施例中，基频激光振荡器采用单块非平面环形腔Nd:YAG激光器，采用TEC温控仪对晶体进行精确控温，控温精度±0.1℃，输出1064nm种子激光功率为800mW，1319nm种子激光功率为600mW。
1064nm激光放大器采用PDH注入锁定放大技术，激光介质选用Nd离子掺杂浓度为0.6at.％的Nd:YAG晶体棒，晶体直径为3mm，长80mm；PDH注入锁定放大器结构与实施例1中1064nm基频激光振荡器结构类似，不同之处在于谐振腔腔镜1-112为45°1064nm高透镜；放大器泵浦功率为450W时，1064nm种子光功率放大至60W。
1319nm激光放大器采用PDH注入锁定预放与行波腔功率放大技术，激光介质选用Nd离子掺杂浓度为0.6at.％的Nd:YAG晶体棒，晶体直径为3mm，长80mm；1319nm激光放大器采用PDH注入锁定预放与实施例1中1319nm基频激光振荡器结构类似，不同之处在于45°1319nm与1064nm高反镜改为45°1319nm高透镜。
与实施例1中1064nm基频激光振荡器结构类似，1064nm注入锁定谐振腔内插入超低损耗标准具1-3，同时作为高增益谱线抑制器以及精密波长线宽调控器；预放泵浦功率为400W时，1064nm种子光功率放大至15W。与实施例1中1319nm基频激光振荡器结构类似，1319nm注入锁定谐振腔内插入超低损耗标准具1-3，同时作为高增益谱线抑制器以及精密波长线宽调控器，所用超低损耗标准具与实施例1相同。本实施例中行波腔功率放大器结构与实施例1中1319nm双程功率预放结构相同，将1319nm激光功率放大至40W。
功率放大后1064nm与1319nm基频激光通过基频激光模式控制系统3-1进行模式控制与优化，并经合束器3-3进行和束，然后经PPKTP和频晶体3-2进行和频，获得功率为18W的准连续589nm钠信标激光。
频率控制子系统4由波长计4-1与反馈控制系统4-2组成。波长计4-1实时监测589nm钠信标激光，然后反馈控制1319nm注入锁定谐振腔内的超低损耗标准具1-3，实现589nm钠信标激光精确对准钠原子双峰谱线，从而实现高功率高精度及频率稳定性控制589nm准连续钠信标激光。
实施例3：
本实施例提供一种和频钠信标激光器，板条放大技术，获得589nm和频钠信标激光输出
激光器结构与实施例1基本相同，如图7所示。
不同之处在于：
1319nm激光放大器采用两级板条放大，每个功率放大模块包括：半导体泵浦源以及板条介质。所述板条介质即为前文所提到的激光增益介质。
Nd:YAG板条增益介质Nd离子掺杂浓度为0.6％，其尺寸为80mm×30mm×3mm的平行六面体板条，板条的两个上下大平面平行，两个左右端面也平行并与大平面成布鲁斯特角；
半导体泵浦源包含个泵浦面阵，每个面阵由60个半导体激光(LD)列阵组成，按20行3列排列，每个LD输出功率20W，波长808nm；半导体泵源发射的泵浦激光由光束整形系统整形为80×30mm口径的光束从板条状激光介质的上下两大面对称进入板条状激光介质进行泵浦；
板条状激光介质上下两大平面分别镀有SiO2薄膜，使种子光在板条状激光介质的两个大平面之间进行全内反射，实现Z型传输，同时薄膜为泵浦光波长的增透膜；薄膜上再键合或光胶热导率高、透光性好的透明冷却装置；透明冷却装置被加工成微通道结构以增加冷却面积并形成湍流，从而进一步提高冷却效率，透明冷却装置内部有水冷通道，由循环水进行冷却，由此对板条状激光介质进行冷却；板条状激光介质左右两端面分别镀有1319nm以及1064nm增透膜，分别作为激光输入端和激光输出端，种子光从左端面输入，在板条激光介质两大面间进行全反射，并从右端面输出，在板条状激光介质内部实现激光功率放大。
不同之处在于：
两级功率放大模块之间，高增益谱线抑制器2-23为棱镜。
不同之处还在于：
频率控制子系统，为589nm频率调制器，直接实现589nm钠信标激光频率控制，使得和频后589nm钠信标激光精确对准钠原子D2a与D2b双峰谱线
可见，本发明采用精密波长线宽调控器以解决现有技术中基频激光激光器功率提高、高精度频率控制以及稳频控制的技术问题，该精密波长线宽调控器对于基频激光具有极低的损耗系数，可降低基频激光损耗提高激光器效率，同时极大降低精密波长线宽调控器产热量，从而提高其选频以及稳频能力；
再者，发明一种1319nm高增益谱线抑制器，有效抑制高增益条件下其它谱线(尤其是1064nm激光)超辐射，极大提高1319nm功率放大模块提取效率；
利用上述两个技术，可有效提高和频钠信标激光技术中1064nm基频激光、特别是1319nm基频激光的输出功率，从而提高钠信标激光输出功率，同时大大降低频率控制难度，对于解决钠信标激光技术瓶颈问题具有重要意义。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种和频钠信标激光器，其特征在于，包括：1064nm基频激光子系统(1)、1319nm基频激光子系统(2)、和频子系统(3)以及频率控制子系统(4)；其中，
所述1064nm基频激光子系统(1)发射波长为1064nm的基频激光并对该基频激光做功率放大，所述1319nm基频激光子系统(2)发射波长为1319nm的基频激光并对该基频激光做功率放大；放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光在和频子系统(3)中进行非线性频率变换，产生波长为589nm的钠信标激光；所述频率控制子系统(4)实时监测波长为589nm的钠信标激光的中心频率以及频谱，并对1064nm基频激光子系统(1)或者1319nm基频激光子系统(2)进行反馈式频率控制，使得和频后的589nm钠信标激光对准钠原子D2a与D2b双峰谱线；
所述1064nm基频激光子系统(1)包括：1064nm基频激光振荡器(1-1)、1064nm基频激光放大器以及1064nm激光精密波长线宽调控器(1-3)；所述1064nm激光精密波长线宽调控器(1-3)位于所述1064nm基频激光振荡器(1-1)内，对1064nm基频激光振荡器(1-1)所产生的激光做频率选择与频率稳定性控制，以生成高光束质量、窄线宽的1064nm种子激光，所述1064nm基频激光放大器对1064nm种子激光做功率放大；
所述1319nm基频激光子系统(2)包括：1319nm基频激光振荡器(2-1)、1319nm基频激光放大器以及1319nm激光精密波长线宽调控器(2-3)；所述1319nm激光精密波长线宽调控器(2-3)位于所述1319nm基频激光振荡器(2-1)内，对1319nm基频激光振荡器(2-1)所产生的激光做频率选择与频率稳定性控制，以生成高光束质量、窄线宽的1319nm种子激光，1319nm基频激光放大器对1319nm种子激光做功率放大。
2.根据权利要求1所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述1064nm激光精密波长线宽调控器(1-3)对1064nm基频激光振荡器(1-1)所发出的激光具有小于0.001ppm的超低损耗系数与选频能力优于1.5GHz的高精度选频稳频能力；所述1319nm激光精密波长线宽调控器(2-3)对1319nm基频激光振荡器(2-1)所发出的激光具有小于0.001ppm的超低损耗系数与选频能力优于600MHz的高精度选频稳频能力。
3.根据权利要求1所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述1064nm基频激光振荡器(1-1)进一步包括激光谐振腔(1-11)、激光增益介质(1-12)，所述激光增益介质(1-12)置于所述激光谐振腔(1-11)内，在泵浦条件下，形成1064nm激光振荡；所述1064nm基频激光放大器进一步包括：用于对1064nm种子激光的模式进行控制及优化的1064nm激光模式控制系统(1-21)、用于对模式优化后的1064nm种子激光进行功率放大的1064nm功率放大模块(1-22)；
所述1319nm基频激光振荡器(2-1)进一步包括：激光谐振腔(2-11)，激光增益介质(2-12)，该激光增益介质(2-12)置于所述激光谐振腔(2-11)内，在泵浦条件下，形成1319nm激光振荡；所述1319nm基频激光放大器进一步包括：1319nm激光模式控制系统(2-21)，用于对1319nm种子激光模式进行控制及优化；1319nm功率放大模块(2-22)，用于对模式优化后的1319nm种子激光进行功率放大；1319nm高增益谱线抑制器(2-23)，用于对1319nm基频激光放大器(2-2)中的其他谱线在高增益条件下的超辐射进行抑制，实现特定波长低增益多通道的选择性跃迁及放大。
4.根据权利要求3所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述1319nm高增益谱线抑制器(2-23)至少包括一个分频元件，该分频元件通过反射或透射分离1319nm激光与其它波长的超辐射，使得仅有1319nm激光能够低损耗进入下一级功率放大模块。
5.根据权利要求4所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述分频元件采用以下任意一种实现：
镀有选择性介质膜的光学镜片，所述膜系为：1319nm反射率大于95％的高反膜以及1064nm透过率大于90％的高透膜，或1319nm透过率大于95％的高透膜以及1064nm反射率大于90％的高反膜；
或者色散棱镜；
或者偏振片，所述偏振片为：对1319nm偏振激光反射率大于95％的高反膜以及1604nm透过率大于90％的高透膜；或1319nm偏振激光透过率大于95％的高透膜以及1604nm反射率大于90％的高反膜；
或者干涉元件。
6.根据权利要求3所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述1064nm基频激光振荡器(1-1)内还包括：1064nm脉冲调制器(1-7)，该脉冲调制器位于所述1064nm激光振荡器谐振腔(1-11)内，垂直光轴放置，其用于实现1064nm种子激光弛豫振荡抑制、获得平滑脉冲；
所述1319nm基频激光振荡器2-1内还包括：1319nm脉冲调制器，该脉冲调制器位于所述1319nm激光振荡器谐振腔内，垂直光轴放置，其用于实现1319nm种子激光弛豫振荡抑制、获得平滑脉冲。
7.根据权利要求1所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述和频子系统(3)包括：基频激光模式控制系统(3-1)，用于控制及优化功率放大后的1064nm基频激光与1319nm基频激光的模式；合束器(3-3)，用于对1064nm基频激光与1319nm基频激光合束；和频介质(3-2)，用于对模式优化后的1064nm基频激光与1319nm基频激光进行非线性频率变换，产生589nm钠信标激光。
8.根据权利要求1所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述频率控制子系统(4)采用波长计(4-1)实现；所述波长计(4-1)实时监测589nm钠信标激光，然后反馈控制1064nm基频激光振荡器(1-1)或1319nm基频激光振荡器(2-1)，实现589nm钠信标激光闭环控制对准钠原子D2a与D2b双峰谱线。
9.根据权利要求1所述的和频钠信标激光器，其特征在于，所述频率控制子系统(4)采用589nm频率调制器实现。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107275916A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-10-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种高重频脉冲光纤钠导星激光器系统 |
| CN107863675A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-03-30 | 同济大学 | 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7035297B1 (en) * | 2004-01-30 | 2006-04-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Continuous wave sodium beacon excitation source |
| US20120224243A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Toptica Photonics Ag | Laser system to generate a laser guide star |
| CN103022879A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种全固态和频钠信标激光器 |
| CN103259183A (zh) * | 2012-02-20 | 2013-08-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种高功率双峰谱线高耦合效率钠信标激光器 |
| CN103259156A (zh) * | 2012-02-20 | 2013-08-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置 |
-
2014
- 2014-10-13 CN CN201410539472.4A patent/CN104269731B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7035297B1 (en) * | 2004-01-30 | 2006-04-25 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Continuous wave sodium beacon excitation source |
| US20120224243A1 (en) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Toptica Photonics Ag | Laser system to generate a laser guide star |
| CN103259183A (zh) * | 2012-02-20 | 2013-08-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种高功率双峰谱线高耦合效率钠信标激光器 |
| CN103259156A (zh) * | 2012-02-20 | 2013-08-21 | 中国科学院理化技术研究所 | 一种产生高平均功率高重复频率脉冲钠信标激光的装置 |
| CN103022879A (zh) * | 2012-12-21 | 2013-04-03 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种全固态和频钠信标激光器 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107275916A (zh) * | 2017-07-11 | 2017-10-20 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种高重频脉冲光纤钠导星激光器系统 |
| CN107275916B (zh) * | 2017-07-11 | 2019-05-17 | 中国科学院上海光学精密机械研究所 | 一种高重频脉冲光纤钠导星激光器系统 |
| CN107863675A (zh) * | 2017-09-20 | 2018-03-30 | 同济大学 | 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构 |
| CN107863675B (zh) * | 2017-09-20 | 2020-06-02 | 同济大学 | 一种用于板条激光器谐振腔全反射面的薄膜结构 |
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