CN104682180A - 一种光信号同步系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光信号同步系统，其包括：被动调Q固体激光器和光电探测器；所述被动调Q固体激光器包括：泵浦源、激光晶体、调Q晶体和腔镜；所述激光晶体、调Q晶体和腔镜构成激光器的谐振腔；所述泵浦源从正面发出泵浦光，注入所述激光晶体后产生激光，并经所述谐振腔放大后从所述谐振腔的两端腔面出射；所述光电探测器位于所述泵浦源背面，用于探测从后端腔面透射出的激光，从而实现无干扰地获得与所述被动调Q固体激光器从前端腔面出射激光的同步光信号。本发明所述方法不仅保证了激光器的准直结构，同时可以确保输出脉冲的保密性和抗干扰性能，有利于被动调Q固体激光器集成化的应用。

Description

一种光信号同步系统

技术领域

本发明涉及激光通信技术领域，尤其涉及一种光信号同步系统，适用于由激光二极管作为泵浦源的被动调Q固体激光器。

背景技术

被动调Q方式由于Q开关是被激光辐射自身启动的，只需一种饱和吸收材料，无需高压、电光驱动器或射频调制器，具有设计简单、体积小、成本低、寿命长、效率高等优点，特别适用于高重复频率、大功率、窄脉冲的激光器中，在激光测距、跟踪、目标指示、激光探潜以及对潜通讯等领域有着广泛的应用前景。

但是，由于饱和吸收材料达到吸收饱和时存在一定的响应时间，泵浦激光波长随温升变化等原因，其输出脉冲具有不固定的重复频率。在泵浦功率固定的前提下，其输出脉冲时机是由饱和吸收材料决定的，无法由外部电路控制，因此在实际应用中，必须实现光信号同步。

发明内容

本发明的目的是提供一种在被动调Q固体激光器的光轴上光信号同步系统，同时保持激光器的准直结构，有利于被动调Q固体激光器集成化的应用。

本发明提出的一种光信号同步系统，其包括：被动调Q固体激光器和光电探测器；

所述被动调Q固体激光器包括：泵浦源、激光晶体、调Q晶体和腔镜；所述激光晶体、调Q晶体和腔镜构成激光器的谐振腔；所述泵浦源发出的泵浦光注入所述谐振腔后激发所述激光晶体产生激光，并经所述谐振腔放大后从所述谐振腔的前端腔面和后端腔面出射；

所述光电探测器位于所述泵浦源背面，用于探测从所述谐振腔后端腔面透射出的激光，以获得与所述被动调Q固体激光器前端腔面出射激光的同步光信号。

本发明的优点是：1、光电探测器放置于激光光轴上，提高了接收信号的灵敏度和精确度；2、光电探测器放置于泵浦源背面，可以从背面连线，避免了侧面连线带来的不便，保持了激光器的准直结构；3、光电探测器置于谐振腔外部，不会在激光产生过程中形成任何阻挡，因而不会降低输出功率；4、获取的同步光信号与输出脉冲完全保持一致、无延迟，确保了输出脉冲的保密性和抗干扰性能。

附图说明

图1是本发明中光信号同步系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明提出的一种利用被动调Q固体激光器进行光信号同步的系统结构示意图。如图1所示，所述光信号同步系统包括：被动调Q固体激光器101和光电探测器102，其中，所述被动调Q固体激光器包括泵浦源1011、激光晶体1012、调Q晶体1013和腔镜1014；所述泵浦源1011从正面发出泵浦光，所述激光晶体1012、调Q晶体1013和腔镜1014在所述泵浦光的光路上形成激光器的谐振腔，所述泵浦源1011发出的泵浦光注入激光晶体1012后，使晶体实现粒子数反转，从而受激辐射出1064nm的激光，后经由光学谐振腔实现激光信号的放大。本发明中后端腔镜为激光晶体1012，而前端腔镜则是平凹形透镜1014——后端腔面镀近似全反射膜，前端腔面镀高反低透膜，最终从谐振腔的前端腔面输出激光，经由谐振腔反射的少量激光从所述谐振腔的后端腔面透射出去；所述光电探测器位于所述泵浦源1011的背面，且用于探测从所述后端腔面透射出的激光，并将其转换成光电信号，进而实现与前端腔面出射激光的光信号同步；其中，所述泵浦源1011、激光晶体1012、调Q晶体1013和腔镜1014位于同一光轴上。其中，所述调Q晶体的作用为产生高功率激光脉冲的“自动开关”：它在激光晶体1012受泵浦光激发粒子数开始反转时阻止激光振荡的发生，随着增益在泵浦期间的增大并超过损耗时，腔内的光通量急剧增大，导致调Q晶体1013对第二波长的激光“透明”，从而产生高功率的激光脉冲。

所述光电探测器102位于被动调Q固体激光器101的背面，即后端腔面外侧，用于探测从所述激光器101谐振腔的后端腔面透射出的激光，并将其转换为电信号，从而实现光信号的同步。

可选地，所述泵浦源为激光二极管泵浦源，其用于输出第一波长的激光。所述第一波长的激光通过激光晶体后辐射第二波长的激光，经由所述谐振腔的放大之后，从谐振腔的两端腔面输出第二波长的激光。所述泵浦源对第二波长的激光具有可透射性。

可选地，所述激光晶体1012靠近泵浦源1011的一侧镀第二波长激光高反射膜，所述腔镜1014镀第二波长激光高反射膜。

可选地，所述第一波长为808nm，所述第二波长为1064nm；

利用泵浦源——激光二极管对1064nm波长的可透射性，在半导体泵浦源背面、谐振腔后端腔面外侧放置一可探测1064nm激光信号的PIN光电信号探测器，由该探测器获取同步信号，实现信号同步。激光器所有部件处于同一光轴上。本发明利用谐振腔后端腔面存在的微弱透射率，同时结合高功率激光器，使得后端腔面透射出的光信号足以被PIN光电信号探测器探测到，同时由于两端腔面的出射光是谐振腔内的同一束光信号，因而实现了激光器光信号的同步。

在激光脉冲输出的瞬间，腔镜镀1064nm反射膜，其反射率为87％，调Q晶体几乎完全透明，透射率接近100％，激光晶体靠近泵浦源的一侧镀高反膜，对1064nm激光的透射率仅为0.03％。GaAs激光二极管是由组分不同的半导体材料组成的多层结构，由于半导体材料只吸收波长小于带隙吸收边(λg＝1.24/Eg)的光波，而可以透过波长比λg大的光波，因而泵浦源对1064nm激光也存在一定的透射率，因为各种GaAs激光二极管的各层组分和厚度不同，根据测试，透射率一般在0.8％到0.1％之间。如果激光输出的峰值功率为千瓦级，最终会有约毫瓦级的能量照射到高灵敏度的光电探测器上，从而可以接收到激光器的同步光信号。获取同步信号后，加入适当延时电路，与外部反射信号相比较，即可以实现信号的自识别。

本发明一具体实施例中，所述光电探测器102选用InGaAs PIN光电二极管(光谱相应范围900～1700nm，对1064nm波长的响应度为0.75A/W，响应时间1ns，光敏面直径1mm)，泵浦源选用海特LDM-0808-002W-X5型GaAs激光二极管(连续输出功率2W，中心波长808nm，发光区面积200×1μm)，激光晶体选用Nd：YAG晶体，左侧镀1064nm高反膜，透过率为0.03％，调Q晶体选用小信号透过率为87％的Cr4+：YAG晶体，后端腔镜选用平凹型透镜，镀反射率为87％的1064nm反射膜。

激光器输出的峰值功率为2.3kW，由于腔镜反射率为13％，输出脉冲达到峰值时调Q晶体透射率约为100％，可计算出腔内能量为17.7kW，通过透射率为0.03％的激光晶体后变为5.3W的反射光信号。PIN光电信号探测器的外接电阻为50Ω，实验中使用的激光二极管对1064nm激光的透射率是0.2％。该反射光信号透过激光二极管后，被PIN光电信号探测器接收，接收到的同步信号峰值为400mV，频率和上升沿与输出激光脉冲信号保持一致、无延迟。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光信号同步系统，其包括：被动调Q固体激光器和光电探测器；

所述被动调Q固体激光器包括：泵浦源、激光晶体、调Q晶体和腔镜；所述激光晶体、调Q晶体和腔镜构成激光器的谐振腔；所述泵浦源发出第一波长的泵浦光并注入所述谐振腔后，激发所述激光晶体产生激光，并经所述谐振腔放大后从所述谐振腔的前端腔面和后端腔面出射；

所述光电探测器位于所述泵浦源背面，用于探测从所述谐振腔后端腔面透射出的激光，以获得与所述被动调Q固体激光器前端腔面出射激光的同步光信号。

2.如权利要求1所述的光信号同步系统，其中，所述激光晶体在所注入的泵浦光的激发下产生1064nm的激光。

3.如权利要求1或2所述的光信号同步系统，其中，所述调Q晶体在光路上位于所述激光晶体的前方，所述激光晶体在泵浦光的激发下发生粒子数反转而产生激光，在所述粒子数密度达到预定阈值时，所述调Q晶体使得所产生的激光通过。

4.如权利要求1或2所述的光信号同步系统，其中，所述被动调Q固体激光器的各个部件以及光电探测器均位于同一光轴。

5.如权利要求1或2所述的光信号同步系统，其中，所述激光晶体作为所述谐振腔的后端腔面，在靠近泵浦源的一侧镀有第二波长激光的高反射膜，所述腔镜作为所述谐振腔的前端腔面，也镀有第二波长激光的高反射膜。

6.如权利要求1或2所述的光信号同步系统，其中，所述泵浦源为激光二极管泵浦源，用于输出第一波长的激光；所述谐振腔两端腔面出射的激光为第二波长的激光。

7.如权利要求6所述的光信号同步系统，其中，所述第一波长为808nm，所述第二波长为1064nm。