CN105390919A - 一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法 - Google Patents

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董志伟
陈默然
李旭东
樊荣伟
陈德应
于欣
马欲飞
闫仁鹏
周志刚
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Abstract

一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，涉及可调谐激光领域。本发明是为了解决现有的可调谐激光技术缺少对可调谐激光的高重频及大能量输出兼顾的问题。本发明对高重频泵浦脉冲激光进行时域调制，输出泵浦脉冲串激光经过光束整形系统对激光整形后，入射到一号反射棱镜上，经过一号反射棱镜的折射，入射至染料盒处，染料盒中的染料溶液受泵浦光脉冲激光激发，入射到输出耦合镜、光栅和调谐镜构成的谐振腔，在谐振腔内插入光束扩束器，防止腔内激光对光栅产生损坏，再通过旋转调谐镜的角度，由输出耦合镜输出的泵浦光脉冲激光经过二号反射棱镜和三号反射棱镜反射出来，实现对激光波长调谐。它用于对高重频泵浦脉冲激光进行调制。

Description

一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法
技术领域
本发明涉及一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法。属于可调谐激光领域。
背景技术
自从激光光源发明以来，其单色性好，亮度高的特性为人们的生产及生活带来了巨大的便利。随着激光光源应用的日益广泛，为拓展其应用范围，输出波长在一定波段范围内连续可调谐的可调谐激光已成为激光技术的研究热点。尤其是在一些特殊的应用场合，如远距离光谱诊断、同位素分离等方面，对高重频、大能量的可调谐激光光源提出了更高的要求。但目前的可调谐激光技术对于可调谐激光的高重频及大能量输出存在矛盾，二者难以兼顾。
发明内容
本发明是为了解决现有的可调谐激光技术缺少对可调谐激光的高重频及大能量输出兼顾的问题。现提供一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法。
一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：将高重频泵浦脉冲激光输入到时域调制装置进行时域调制，输出泵浦脉冲串激光，
步骤二：输出的泵浦脉冲串激光经过凹透镜和凸透镜组成的光束整形系统对激光整形后，入射到一号反射棱镜上，经过一号反射棱镜的折射，入射至染料盒处，染料盒中的染料溶液受泵浦光脉冲激光激发，入射到输出耦合镜、光栅和调谐镜构成的谐振腔，在谐振腔内插入光束扩束器，防止腔内激光对光栅产生损坏，再通过旋转调谐镜的角度，由输出耦合镜输出的调谐激光依次经过二号反射棱镜和三号反射棱镜反射出来，从而实现对激光波长调谐。
本发明的有益效果为：采用电子快门或电光晶体开关等多种方式对泵浦脉冲进行时域调制，输出泵浦脉冲串激光，泵浦脉冲串激光经过染料盒内的溶液的激发进入谐振腔，通过旋转谐振腔内的调谐镜的角度，由输出耦合镜输出的泵浦光脉冲激光经过二号反射棱镜和三号反射棱镜反射出来，实现对激光波长调谐，可根据实际可调谐激光输出需要对入射泵浦脉冲串的时域特性进行灵活的调制。其脉冲串时间间隔特性取决于电子快门或电光晶体开关的时间响应特性，根据现有的技术现状，最短脉冲间隔可短至微秒量级。采用该方法可获得兼顾短脉冲间隔，大脉冲能量的可调谐激光输出，脉冲间隔可短至微秒量级，单脉冲能量可达毫焦量级。获得的泵浦脉冲序列具有相邻脉冲间隔时间短，脉冲串整体平均功率低的优点，既可保证脉冲峰值处的高峰值功率密度以实现高效率可调谐激光转换效率，同时又能避免通常的高平均功率对可调谐激光系统相关光学元件及循环系统的压力。同时采用该方法实现的可调谐激光输出具有高重频和大能量的优点。
附图说明
图1为入射高重频可调谐激光脉冲时间序列图，附图标记t表示脉冲间隔，附图标记N表示脉冲个数；
图2为电子光学快门随时间的开闭状态图；
图3为可调谐激光脉冲通过时域调制装置后，获得的脉冲时间序列图；
图4为具体实施方式一所述的一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法的可调谐激光系统光路图；
图5为染料盒结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图4具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：将高重频泵浦脉冲激光输入到时域调制装置1进行时域调制，输出泵浦脉冲串激光，
步骤二：输出的泵浦脉冲串激光经过凹透镜2和凸透镜3组成的光束整形系统对激光整形后，入射到一号反射棱镜4上，经过一号反射棱镜4的折射，入射至染料盒5处，染料盒5中的染料溶液受泵浦光脉冲激光激发，入射到输出耦合镜6、光栅10和调谐镜11构成的谐振腔，在谐振腔内插入光束扩束器9，防止腔内激光对光栅产生损坏，再通过旋转调谐镜11的角度，由输出耦合镜6输出的调谐激光依次经过二号反射棱镜7和三号反射棱镜8反射出来，从而实现对激光波长调谐。
本实施方式中，采用可调谐激光染料作为工作介质，经过调制的脉冲串泵浦激光经凹透镜和凸透镜组成的光束整形系统后，正入射至染料盒处。染料盒中激光染料受泵浦光激发，并在由实验装置结构图中由两面宽带平面镜输出耦合镜及调谐镜所构成的平平谐振腔内不断振荡并被放大，最终增益大于损耗后，可获得稳定的可调谐激光输出。输出耦合镜、光栅和调节镜构成可调谐激光系统的谐振腔，通过旋转调谐镜的角度可实现激光波长调谐。同时，光栅的色散作用还可压缩激光线宽，获得窄线宽可调谐激光输出。
为防止腔内激光对光栅的损坏，谐振腔内插入光束扩束器，同时腔内光束扩束还可使光束充满光栅以提高光栅的分辨率。为减少反射损耗，腔内光学元件都需要镀增透膜。激光调谐镜镀对染料输出激光的高反膜反射率R>95％和对泵浦激光的增透膜透过率T>95％。
由于染料溶液静态时容易被打坏而失效，所以通常将染料置于染料盒中，采用流动的染料液体形成循环系统，可降低染料被加热时间，从而提高染料的寿命。根据染料盒中染料溶液的流动方向，这些系统可分为纵向抽运流动方向和激光方向一致和横向抽运流动方向与激光方向垂直。纵向抽运时，染料溶液与腔壁黏滞较强，抽运速度大时容易产生湍流，不利于染料溶液循环；而横向抽运时，其流动近似为层流，相对均匀，因此本项目染料放大器可采用横向抽运方式，结构如图5所示。
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获得高重频、大能量可调谐激光的方法作进一步说明，本实施方式中，时域调制装置采用电子快门或电光晶体开关实现。
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获得高重频、大能量可调谐激光的方法作进一步说明，本实施方式中，调谐镜11镀有对染料输出激光的高反膜和对泵浦激光的增透膜，高反膜的反射率R>95％，增透膜的透过率T>95％。
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获得高重频、大能量可调谐激光的方法作进一步说明，本实施方式中，染料盒5中的染料溶液的流动方向同时与泵浦激光和可调谐激光传输方向垂直。
本实施方式中，染料盒设计为长方体，染料盒5中的染料溶液采用横向抽运的流动方向，泵浦光整形成长条状的“泵浦线”从染料盒的两个侧面入射泵浦激光，其中泵浦光、染料溶液流动方向及可调谐激光振荡方向之间两两相互垂直。

Claims (4)

1.一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一：将高重频泵浦脉冲激光输入到时域调制装置(1)进行时域调制，输出泵浦脉冲串激光，
步骤二：输出的泵浦脉冲串激光经过凹透镜(2)和凸透镜(3)组成的光束整形系统对激光整形后，入射到一号反射棱镜(4)上，经过一号反射棱镜(4)的折射，入射至染料盒(5)处，染料盒(5)中的染料溶液受泵浦光脉冲激光激发，入射到输出耦合镜(6)、光栅(10)和调谐镜(11)构成的谐振腔，在谐振腔内插入光束扩束器(9)，防止腔内激光对光栅产生损坏，再通过旋转调谐镜(11)的角度，由输出耦合镜(6)输出的调谐激光依次经过二号反射棱镜(7)和三号反射棱镜(8)反射出来，从而实现对激光波长调谐。
2.根据权利要求1所述的一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，其特征在于，
时域调制装置(1)采用电子快门或电光晶体开关实现。
3.根据权利要求1所述的一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，其特征在于，调谐镜(11)镀有对染料输出激光的高反膜和对泵浦激光的增透膜，高反膜的反射率R>95％，增透膜的透过率T>95％。
4.根据权利要求1所述的一种获得高重频、大能量可调谐激光的方法，其特征在于，染料盒(5)中的染料溶液的流动方向同时与泵浦激光和可调谐激光传输方向垂直。
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