CN105514778A - 一种可调谐激光的泵浦系统及采用该系统获得可谐调激光的方法 - Google Patents

一种可调谐激光的泵浦系统及采用该系统获得可谐调激光的方法 Download PDF

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Abstract

一种可调谐激光的泵浦系统及采用该系统获得可谐调激光的方法，属于光学领域。解决现有基于固定分光比的光学分束片方式实现的大能量可调谐激光泵浦光路难以兼顾多种可调谐激光工作物质最佳泵浦条件需要的问题。伺服电机用于控制渐变反射率分束片移动，使入射至渐变反射率分束片上的激光光斑在其表面发生横向移动，激光入射至渐变反射率分束片，经渐变反射率分束片反射的光作为振荡器的泵浦源，振荡器在该泵浦源作用下输出可调谐种子激光，并入射至放大器，经渐变反射率分束片透射的光入射至全反镜，经全反镜反射后的光作为泵浦光入射至放大器，放大器通过泵浦光的泵浦对可调谐种子激光进行放大后，输出可调谐激光。它用于输出大能量可调谐激光。

Description

一种可调谐激光的泵浦系统及采用该系统获得可谐调激光的方法
技术领域
本发明属于光学领域。
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，对大能量的可调谐激光光源提出了更高的要求。目前成熟的大能量可调谐激光系统总体结构均为“汉斯振荡放大系统”。
其中振荡级的作用为产生窄线宽，可调谐的种子激光输出。放大级的作用为对振荡级输出的可调谐种子激光的能量进行放大。根据具体的使用要求，有时需要采用两级甚至多级放大技术。泵浦激光的作用是为振荡级及放大级的工作物质提供能量。因此如何在振荡级及放大级间合理地分配泵浦激光能量就成了决定可调谐激光系统效率的关键因素之一。
目前的商用可调谐激光系统是通过固定分光比的光学分束片来实现振荡级与放大级间的泵浦激光能量分配的。由于可调谐激光系统经常需要根据输出激光的调谐范围更换不同种类的激光染料，不同种类及不同浓度激光染料对泵浦激光的吸收特性存在很大差异。因此目前基于固定分光比的光学分束片方式实现的大能量可调谐激光泵浦光路难以兼顾多种可调谐激光工作物质最佳泵浦条件的需要。
发明内容
本发明是为了解决现有基于固定分光比的光学分束片方式实现的大能量可调谐激光泵浦光路难以兼顾多种可调谐激光工作物质最佳泵浦条件需要的问题，本发明提供了一种可调谐激光的泵浦系统及采用该系统获得可谐调激光的方法。
一种可调谐激光的泵浦系统，它包括伺服电机、渐变反射率分束片、振荡器、放大器、光阑、光学衰减片、光电探测器、计算机和全反镜；
伺服电机用于控制渐变反射率分束片移动，使入射至渐变反射率分束片上的激光光斑在其表面发生横向移动，
激光入射至渐变反射率分束片，经渐变反射率分束片反射的光作为振荡器的泵浦源，振荡器在该泵浦源作用下输出可调谐种子激光，并入射至放大器，
经渐变反射率分束片透射的光入射至全反镜，经全反镜反射后的光作为泵浦光入射至放大器，
放大器通过泵浦光的泵浦对可调谐种子激光进行放大后，输出可调谐激光，该可调谐激光通过光阑入射至光学衰减片，经光学衰减片衰减后，入射至光电探测器进行光电探测，光电探测器的数据信号输出端与计算机的数据信号输入端连接，计算机的控制信号输出端与伺服电机的控制信号输入端连接，
其中，所述的放大器输出的可调谐激光为单脉冲能量大于10mJ的激光。
采用一种可调谐激光的泵浦系统获得可谐调激光的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：伺服电机保持静止，使激光入射至渐变反射率分束片，通过计算机以采样频率f采集光电探测器输出的激光光强信号平均值I0，
步骤二：通过计算机控制伺服电机，使伺服电机带动渐变反射率分束片向某一方向运动，计算机以频率f，实时采集光电探测器输出的激光光强信号平均值I1，并实时比较I0与I1的值，
若I1≥I0，使伺服电机带动渐变反射率分束片继续向当前运动方向移动，
若I1<I0，使伺服电机带动渐变反射率分束片向当前运动方向的反方向移动，直至计算机以频率f采集的光电探测器输出的激光光强信号平均值I1最大，完成可谐调激光的输出。
所述的频率f的取值范围为1Hz至1KHz。
原理分析：本发明中采用了变折射率光学分束片，其反射率在空间上连续变化；利用变反射率光学分束片相对于泵浦光斑的移动连续调节振荡级及放大级泵浦光强比例关系。变反射率光学分束片固定在伺服电机上；利用光电探测器对输出可调谐激光光强进行监测，形成反馈机制。可对伺服电机的移动进行控制。
本发明通过在放大级泵浦光路中引入渐变反射率光学分束片配合反馈方式来实现大能量可调谐激光泵浦能量在振荡级及放大级间的自动化最优配置。
本发明带来的有益效果是，本专利提出一种可适用于多种可调谐激光工作物质的大能量可调谐激光自动化泵浦能量分配方法，能够最大效率的利用泵浦激光能量。本发明装置具有结构简单，可自动化调节，成本较低等特点。
附图说明
图1为本发明所述的一种可调谐激光的泵浦系统及采用该系统的原理示意图。
图2为渐变反射率分束片的透过率特性图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种可调谐激光的泵浦系统，它包括伺服电机1、渐变反射率分束片2、振荡器3、放大器4、光阑5、光学衰减片6、光电探测器7、计算机8和全反镜9；
伺服电机1用于控制渐变反射率分束片2移动，使入射至渐变反射率分束片2上的激光光斑在其表面发生横向移动，
激光入射至渐变反射率分束片2，经渐变反射率分束片2反射的光作为振荡器3的泵浦源，振荡器3在该泵浦源作用下输出可调谐种子激光，并入射至放大器4，
经渐变反射率分束片2透射的光入射至全反镜9，经全反镜9反射后的光作为泵浦光入射至放大器4，
放大器4通过泵浦光的泵浦对可调谐种子激光进行放大后，输出可调谐激光，该可调谐激光通过光阑5入射至光学衰减片6，经光学衰减片6衰减后，入射至光电探测器7进行光电探测，光电探测器7的数据信号输出端与计算机8的数据信号输入端连接，计算机8的控制信号输出端与伺服电机1的控制信号输入端连接，
其中，所述的放大器4输出的可调谐激光为单脉冲能量大于10mJ的激光。
本实施方式，渐变反射率分束片2的不同位置对激光的透射和反射程度不同，且其透过率与反射率之和为1。当泵浦激光入射至渐变反射率分束片2的不同位置处时，若某处透射程度较强，其反射程度则较弱；反之亦然。
因此，在泵浦激光光斑在空间上保持不变时，当渐变反射率分束片2相对泵浦激光光斑横向平移时，在透射和反射的泵浦光能量总和保持不变的前提下，透射和反射的泵浦光能量比例可连续变化，同时又不影响事先根据震荡器及放大器位置调节好的透射及反射泵浦光的方向。
具体实施方式二：采用具体实施方式一所述的一种可调谐激光的泵浦系统获得可谐调激光的方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：伺服电机1保持静止，使激光入射至渐变反射率分束片2，通过计算机8以采样频率f采集光电探测器7输出的激光光强信号平均值I0，
步骤二：通过计算机8控制伺服电机1，使伺服电机1带动渐变反射率分束片2向某一方向运动，计算机8以频率f，实时采集光电探测器7输出的激光光强信号平均值I1，并实时比较I0与I1的值，
若I1≥I0，使伺服电机1带动渐变反射率分束片2继续向当前运动方向移动，
若I1<I0，使伺服电机1带动渐变反射率分束片2向当前运动方向的反方向移动，直至计算机8以频率f采集的光电探测器7输出的激光光强信号平均值I1最大，完成可谐调激光的输出。
本实施方式中，首先将泵浦光路系统通电，伺服电机初始化，初始化位置可事先调节在泵浦激光光斑照射在渐变反射率分束片2中心附近。
直至计算机8以频率f采集的光电探测器7输出的激光光强信号平均值I1最大，完成可谐调激光的输出，此时达到最佳的泵浦光功率分配关系。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的采用一种可调谐激光的泵浦系统获得可谐调激光的方法的区别在于，所述的频率f的取值范围为1Hz至1KHz。

Claims (3)

1.一种可调谐激光的泵浦系统，其特征在于，它包括伺服电机(1)、渐变反射率分束片(2)、振荡器(3)、放大器(4)、光阑(5)、光学衰减片(6)、光电探测器(7)、计算机(8)和全反镜(9)；
伺服电机(1)用于控制渐变反射率分束片(2)移动，使入射至渐变反射率分束片(2)上的激光光斑在其表面发生横向移动，
激光入射至渐变反射率分束片(2)，经渐变反射率分束片(2)反射的光作为振荡器(3)的泵浦源，振荡器(3)在该泵浦源作用下输出可调谐种子激光，并入射至放大器(4)，
经渐变反射率分束片(2)透射的光入射至全反镜(9)，经全反镜(9)反射后的光作为泵浦光入射至放大器(4)，
放大器(4)通过泵浦光的泵浦对可调谐种子激光进行放大后，输出可调谐激光，该可调谐激光通过光阑(5)入射至光学衰减片(6)，经光学衰减片(6)衰减后，入射至光电探测器(7)进行光电探测，光电探测器(7)的数据信号输出端与计算机(8)的数据信号输入端连接，计算机(8)的控制信号输出端与伺服电机(1)的控制信号输入端连接，
其中，所述的放大器(4)输出的可调谐激光为单脉冲能量大于10mJ的激光。
2.采用权利要求1所述的一种可调谐激光的泵浦系统获得可谐调激光的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：伺服电机(1)保持静止，使激光入射至渐变反射率分束片(2)，通过计算机(8)以采样频率f采集光电探测器(7)输出的激光光强信号平均值I0，
步骤二：通过计算机(8)控制伺服电机(1)，使伺服电机(1)带动渐变反射率分束片(2)向某一方向运动，计算机(8)以频率f，实时采集光电探测器(7)输出的激光光强信号平均值I1，并实时比较I0与I1的值，
若I1≥I0，使伺服电机(1)带动渐变反射率分束片(2)继续向当前运动方向移动，
若I1<I0，使伺服电机(1)带动渐变反射率分束片(2)向当前运动方向的反方向移动，直至计算机(8)以频率f采集的光电探测器(7)输出的激光光强信号平均值I1最大，完成可谐调激光的输出。
3.根据权利要求1所述的采用一种可调谐激光的泵浦系统获得可谐调激光的方法，其特征在于，所述的频率f的取值范围为1Hz至1KHz。
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