CN104821482A - 一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器及其应用 - Google Patents

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刘杨
丛振华
张飒飒
门少杰
饶瀚
张行愚
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Abstract

一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，包括沿光路依次设置的后腔镜、激光泵浦源、增益介质、调Q元件、拉曼晶体、倍频晶体和输出镜；所述的拉曼晶体根据不同增益介质输出波长的不同选择，使其产生的拉曼光为1178nm。本发明利用准连续泵浦的泵浦源和拉曼晶体获得准连续的1178nm拉曼光，然后通过倍频的方式获得了一种准连续工作状态的589nm激光器。本发明激光器可做为钠导星激光源广泛应用于天文、国防等领域。

Description

一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器及其应用
技术领域
本发明涉及一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器及其应用，属于激光器的技术领域。
背景技术
激光导引星可以用作自适应光学(AO)的参考信标，大幅增加天文望远镜上AO的天空覆盖率。在地面上发射一束589nm(对应钠D2线)激光，照射高度80km～100km处大气层的钠原子，引起钠原子共振产生后向散射荧光，就可以获得钠导星。通过这种方式，在那些看不见自然星的天空位置，就可以用人造的“星星”替代自然星体。AO用这些激光导引星作为参考光源去探测大气湍流效应，为变形镜提供反馈信号，补偿由于湍流引起的成像模糊效应。钠激光导引星与10km～20km处的瑞利激光导引星相比，聚焦非等晕(圆锥效应)更小，并且它们可以探测大气全部范围内的湍流效应。因此波长为589nm的钠导星激光，在天文、国防等领域都有着重要应用，目前包括美国、德国、日本、澳大利亚以及我国等多个国家都在花大力气进行这方面的研究。目前较成熟的研究方案包括燃料激光器、固体激光和频、光纤拉曼放大倍频。由于各种方案实现过程中都有极大的难度，因此除了这三种方案外，各国研究者们还在进行其它方案的探索，包括光纤激光器和频、光参量放大和频、光泵浦量子阱半导体激光器倍频等。
除了上述几种方案外，还有一种可行的方案就是晶体拉曼技术。目前为止，基于晶体拉曼技术的589nm钠导星激光器按照工作方式的不同可以分为三类：锁模激光器、连续激光器和调Q激光器。2014年，中国科学院理化技术研究所利用和频的方式获得了33W准连续589nm钠导星激光的输出，并且在试验中成功观测到钠导星，让人们意识到这种新的工作模式：准连续工作模式，更适合做一个钠导星激光源。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器。本发明利用准连续泵浦的泵浦源和拉曼晶体获得准连续的1178nm拉曼光，然后通过倍频的方式获得了一种准连续工作状态的589nm激光器。本发明激光器可做为钠导星激光源广泛应用于天文、国防等领域。
本发明还提供一种上述激光器的应用方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，包括沿光路依次设置的后腔镜、激光泵浦源、增益介质、调Q元件、拉曼晶体、倍频晶体和输出镜；所述的拉曼晶体根据不同增益介质输出波长的不同选择，使其产生的拉曼光为1178nm。所述拉曼晶体可以为BaWO4、SrWO4、CaWO4、KTA、NaNO3或金刚石等，其长度为0.5mm-500mm；所述的倍频晶体为KTP、LBO等，其长度为0.5mm-100mm，且切割时应满足相位匹配条件。
所述增益介质的两个通光面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
所述拉曼晶体的两个通光端面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
在倍频晶体的入射面镀有对基频光和拉曼光透过率大于99％的高透膜和对589nm光反射率大于99％的高反膜，在倍频晶体的出射面镀有对基频光、拉曼光和589nm光透过率大于99％的增透膜；
所述的后腔镜镀有对基频光和拉曼光反射率大于99％的高反膜；
所述的输出镜镀有对基频光和拉曼关反射率大于99％的高反膜和对589nm光透过率大于99％的增透膜。
根据本发明优选的，所述的激光泵浦源为准连续泵浦的泵浦源，功率范围2W-100kW，其泵浦方式为端面泵浦或侧面泵浦。本发明通过准连续泵浦的方式使得激光的工作状态为准连续状态，利用不同的激光晶体和拉曼晶体的组合获得1178nm的拉曼光，然后通过倍频获得589nm激光器。
根据本发明优选的，所述基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器还包括耦合系统，即，当所述泵浦源的泵浦方式为端面泵浦时，则在激光泵浦源和增益介质之间设置有耦合系统。
根据本发明优选的，所述的增益介质为Nd:YVO4晶体、Nd:YAG晶体或Nd:GGG晶体，所述增益介质的长度为0.5mm-500mm。
根据本发明优选的，所述的调Q元件为声光调Q或为电光调Q。
根据本发明优选的，所述后腔镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
根据本发明优选的，所述输出镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
一种上述激光器的应用方法：利用准连续泵浦的泵浦源和拉曼晶体获得准连续的1178nm拉曼光，然后通过倍频的方式获得了一种准连续工作状态的589nm激光器。本发明激光器可做为钠导星激光源广泛应用于天文、国防等领域。
本发明的优势如下：
本发明所述一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器结构简单，成本低。本发明的基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，依据的原理简单，设备简易，所需成本低。
本发明所述一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器易于实现。本发明的基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其核心泵浦源、腔镜、激光晶体、拉曼晶体和倍频晶体，无论是腔镜还是晶体材料都已经发展成熟，目前在市场上很容易进行购买。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
在图1中：1、后腔镜；2、激光泵浦源；3、增益介质；4、调Q元件；5、拉曼晶体；6、倍频晶体；7、输出镜；
图2为本发明实施例1的输出光谱图；
图3为实施例1在不同泵浦重频，40kHz调Q重频下，589nm激光的平均功率。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但不限于此。
实施例1、
如图1所示。
一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，包括沿光路依次设置的后腔镜1、激光泵浦源2、增益介质3、调Q元件4、拉曼晶体5、倍频晶体6和输出镜7；所述的拉曼晶体5根据不同增益介质输出波长的不同选择，使其产生的拉曼光为1178nm。所述的拉曼晶体5为BaWO4晶体，长度为42.5mm；所述的倍频晶体6为KTP晶体，长度为7mm。
所述增益介质3的两个通光面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
所述拉曼晶体5的两个通光端面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
在倍频晶体6的入射面镀有对基频光和拉曼光透过率大于99％的高透膜和对589nm光反射率大于99％的高反膜，在倍频晶体6的出射面镀有对基频光、拉曼光和589nm光透过率大于99％的增透膜；
所述的后腔镜1镀有对基频光和拉曼光反射率大于99％的高反膜；
所述的输出镜7镀有对基频光和拉曼关反射率大于99％的高反膜和对589nm光透过率大于99％的增透膜。
所述的激光泵浦源2为准连续泵浦的泵浦源，功率范围2W-100kW，其泵浦方式为侧面泵浦。泵浦脉宽为100-300μs，泵浦频率为1-500Hz。
所述的增益介质3为Nd:GGG晶体，所述增益介质3的长度为65mm。
所述的调Q元件4为声光调Q。
所述后腔镜1为平平镜。
所述输出镜7为平平镜。
由图2可知，实施例1所述激光器的输出波长为589nm。图3为在不同的泵浦频率，40kHz调Q重频下，589nm激光的平均功率随着泵浦功率的变化，589nm激光的平均功率可达3.6W左右，在实际应用中能完全满足要求。最高的泵浦光到589nm黄光的转换效率为5.1％左右，在侧面泵浦的案例中属于较高水平。其次，589nm黄光的功率也可以通过改变调Q的重频实现，因此在实际应用中功率输出比较灵活。
实施例2、
如实施例1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其区别在于，所述基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器还包括耦合系统，即，所述泵浦源的泵浦方式为端面泵浦，在激光泵浦源和增益介质之间设置有耦合系统。
实施例3、
如实施例1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其区别在于，所述的增益介质为Nd:YAG晶体，拉曼晶体为CaWO4晶体。Nd：YAG晶体产生基频光1064nm，然后通过拉曼晶体CaWO4的910cm-1拉曼频移获得1178nm拉曼光，最后通过倍频获得589nm激光器。
所述的调Q元件为电光调Q。
所述后腔镜为平凹镜。
所述输出镜为平凹镜。
实施例4、
如实施例1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其区别在于，所述后腔镜为平凸镜；所述输出镜为平凸镜。
实施例5、
一种如实施例1-4所述激光器的应用方法：利用准连续泵浦的泵浦源和拉曼晶体获得准连续的1178nm拉曼光，然后通过倍频的方式获得了一种准连续工作状态的589nm激光器。本发明激光器可做为钠导星激光源广泛应用于天文、国防等领域。

Claims (9)

1.一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，该激光器包括沿光路依次设置的后腔镜、激光泵浦源、增益介质、调Q元件、拉曼晶体、倍频晶体和输出镜；所述的拉曼晶体根据不同增益介质输出波长的不同选择，使其产生的拉曼光为1178nm。
2.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述增益介质的两个通光面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
所述拉曼晶体的两个通光端面上都镀有对泵浦光、基频光和拉曼光透过率大于99％的增透膜；
在倍频晶体的入射面镀有对基频光和拉曼光透过率大于99％的高透膜和对589nm光反射率大于99％的高反膜，在倍频晶体的出射面镀有对基频光、拉曼光和589nm光透过率大于99％的增透膜；
所述的后腔镜镀有对基频光和拉曼光反射率大于99％的高反膜；
所述的输出镜镀有对基频光和拉曼关反射率大于99％的高反膜和对589nm光透过率大于99％的增透膜。
3.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述的激光泵浦源为准连续泵浦的泵浦源，功率范围2W-100kW，其泵浦方式为端面泵浦或侧面泵浦。
4.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器还包括耦合系统，即，当所述泵浦源的泵浦方式为端面泵浦时，则在激光泵浦源和增益介质之间设置有耦合系统。
5.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述的增益介质为Nd:YVO4晶体、Nd:YAG晶体或Nd:GGG晶体，所述增益介质的长度为0.5mm-500mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述的调Q元件为声光调Q或为电光调Q。
7.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述后腔镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
8.根据权利要求1所述的一种基于晶体拉曼技术的准连续589nm激光器，其特征在于，所述输出镜为平平镜、平凹镜或平凸镜。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述激光器的应用方法：利用准连续泵浦的泵浦源和拉曼晶体获得准连续的1178nm拉曼光，然后通过倍频的方式获得了一种准连续工作状态的589nm激光器。
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