CN105720471B - 一种氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，该装置包括氦氖激光器、半导体导引光激光器、窄带滤光片、光阑、偏振器、半波片、全反射镜、闪耀光栅、四分之一、布儒斯特片、凸面反射镜、离轴聚焦反射镜、剪切干涉仪、三维电移台、电动旋转台、五维电移台。利用闪耀光栅对氟化氢激光一级衍射角度与导引激光四级衍射角度相同、闪耀光栅对不同波长激光的零级衍射角度相同的特点，使用半导体导引激光对氟化氢激光器的谐振腔进行调节。其调节简单有效，能够实现光栅选线氟化氢激光器谐振腔的精密调节。
Description
技术领域
本发明属于化学激光领域，具体涉及一种氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置。
背景技术
氟化氢激光器具有能量转换效率和输出功率都很高、工程放大性好、激光谱线丰富等诸多显著的优点，是目前为止应用的最高输出功率的激光器。氟化氢激光器由于各谱线增益系数比较接近，通常是多谱线运转，如果需要选择某一支跃迁谱线，需要使用波长选择性的谐振腔，以抑制其它谱线的跃迁。闪耀光栅由于其具有很好的定向衍射能力，使用闪耀光栅构成的谐振腔是选线氟化氢激光器中比较常见的方法。使用光栅腔进行波长选择，需满足光栅方程(其中、θ分别是入射角和衍射角，d为刻线间距离，m为衍射级次)，对于一般的直线型驻波腔，闪耀光栅一般以Littrow方式工作，即满足入射角和衍射角θ相等的谱线才能在腔内实现振荡，实现激光器的波长选择输出。针对氟化氢激光器，通常采用氦氖激光对其谐振腔进行调节，但对于光栅腔，由于闪耀光栅对氦氖激光的任意一级衍射都无法与闪耀光栅对氟化氢激光的一级衍射光路重合，因此无法采用传统的调腔方式对光栅腔进行调节。而且对于非稳腔的调节，通常是通过在腔镜中心打孔的方式来引入导引光，这就增加了谐振腔的损耗，降低了激光器的输出功率。
由上述分析，需要一种能够简单有效地对氟化氢激光器光栅非稳腔进行精确调节的装置，并且避免由于调腔而对谐振腔引入额外损耗。本发明实现了满足上述氟化氢激光器光栅非稳腔调节的需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术问题，提供一种氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置。实现了无需在谐振腔镜打孔的条件下，使用可见光对氟化氢激光器光栅腔进行精确调节。
为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：
一种氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特点是该装置包括氦氖激光器和半导体导引光激光器，氦氖激光器发出的激光依次经第一光阑、偏振器、半波片、照射到全反射镜上，经全反射镜反射的光依次经闪耀光栅衍射、再经四分之一波片、第二光阑、照射到布儒斯特片上，透过布儒斯特片的光依次经第三光阑、准直照射到凸面反射镜上；取下第二光阑和第三光阑，闪耀光栅和凸面反射镜之间形成一谐振腔，四分之一波片和布儒斯特片处于闪耀光栅和凸面反射镜之间，四分之一波片靠近闪耀光栅一侧；半导体导引光激光器发出的激光经窄带滤光片和第四光阑后照射到布儒斯特片靠近闪耀光栅一侧的表面，并于闪耀光栅和凸面反射镜之间的谐振腔中往复振荡，并通过凸面反射镜的四周照射离轴聚焦反射镜上，经离轴聚焦反射镜反射输入剪切干涉仪中。
本发明光栅非稳腔的调节装置的工作过程如下：
闪耀光栅放置在三维电移台上，三维电移台可以实现旋转、俯仰、平移三个方向的位移。凸面反射镜放置在五维电移台上，五维电移台可以实现x、y、z、旋转、俯仰五个方向的位移。布儒斯特片垂直于光轴放置在电动旋转台上。首先根据由氟化氢激光器的增益提取位置确定谐振腔光轴的位置，光轴位置确定后，垂直于光轴插入第二光阑和第三光阑，调整两个光阑位置，使光轴恰好通过两个光阑的中心。
氦氖激光器发射出的激光经过偏振器变为p偏振光，经由闪耀光栅的零级衍射进入氟化氢激光器的谐振腔内。调整三维电移台，使氦氖激光的在闪耀光栅上的入射点位于光栅的中心且光栅的零级衍射光恰好通过第二光阑和第三光阑的中心。调节五维电移台，使氦氖激光在凸面反射镜上的入射点位于凸镜的中心且经凸镜反射的氦氖激光恰好通过第二光阑和第三光阑的中心。
旋转半波片使氦氖激光变为s偏振光，调整电动旋转台直至无氦氖激光穿过布儒斯特片，此时氦氖激光由布儒斯特片全反射出光栅非稳腔外，由氦氖光的出射位置确定半导体导引激光的出射方向，调整半导体导引光的出射方向使其经布儒斯特片反射进入光栅非稳腔且与氦氖激光重合，此时进入光栅非稳腔内的导引激光是s偏振光。关闭氦氖激光器，旋转三维电移台直至闪耀光栅垂直于光轴，精细调节三维电移台直至入射至光栅的导引激光按原光路返回。旋转光栅非稳腔内的四分之一波片，此时由闪耀光栅返回，经过四分之一波片的导引激光变为p偏振光。调节三维电移台直至闪耀光栅对导引激光的四级衍射光穿过腔内第二光阑和第三光阑的中心。
取下第二光阑和第三光阑，精细调节三维电移台和五维电移台，使从凸面反射镜边缘出射的导引激光环强度分布均匀。调整凸面反射镜沿光轴方向的位置，直至剪切干涉仪接收屏上的干涉条纹与参考线平行。
此时整个光栅非稳腔调整完毕。
所述的闪耀光栅放置于三维电移台上；凸面反射镜放置于五维电移台上。
所述的氦氖激光器发射的激光经过闪耀光栅的零级衍射进入到氟化氢激光器的谐振腔中。
所述的布儒斯特片材料为蓝宝石晶体，放置于电动旋转台上。
所述的半导体导引光激光器发射的导引激光波长为660nm，激光线宽为3nm。
所述的窄带滤光片透射带宽为0.5nm。
所述的半导体导引光激光器发射的导引激光经过布儒斯特片反射进入氟化氢激光器的谐振腔中。由闪耀光栅对导引激光的四级衍射光对谐振腔进行调节。
所述的由凸面反射镜边缘出射的导引激光经过离轴聚焦反射镜反射，由剪切干涉仪测量反射光的发散度。
本发明具有以下优点：
1.调节装置采用闪耀光栅的零级衍射将调腔所用的氦氖激光和半导体导引光导入谐振腔内，无需在非稳腔的腔镜上打孔，有效降低了谐振腔损耗。
2.通过布儒斯特片将半导体导引光导入非稳腔内调腔，闪耀光栅对其四级衍射角度与选线氟化氢激光的一级衍射角度相同，谐振腔调整更为简洁、方便。
3.通过不同偏振光调节布儒斯特片的角度，调整精度更为精确。
附图说明
图1为本发明一种氟化氢激光器光栅非稳腔调节装置的结构示意图。
具体实施方式
1.如附图1所示，一种氟化氢激光器光栅非稳腔调节装置，其特征在于该装置包括氦氖激光器1和半导体导引光激光器13，氦氖激光器1发出的激光依次经第一光阑2、偏振器3、半波片4、照射到全反射镜5上，经全反射镜5反射的光依次经闪耀光栅6衍射，再经四分之一波片7、第二光阑8、照射到布儒斯特片9上，透过布儒斯特片9的光依次经第三光阑10、准直照射到凸面反射镜11上；取下第二光阑8和第三光阑10，闪耀光栅6和凸面反射镜11之间形成一谐振腔，四分之一波片7和布儒斯特片9处于闪耀光栅6和凸面反射镜11之间，四分之一波片7靠近闪耀光栅6一侧；半导体导引光激光器13发出的激光经窄带滤光片14和第四光阑12后照射到布儒斯特片9靠近闪耀光栅6一侧的表面，并于闪耀光栅6和凸面反射镜11之间的谐振腔中往复振荡，并通过凸面反射镜11的四周照射离轴聚焦反射镜15上，经离轴聚焦反射镜15反射输入剪切干涉仪16中。
闪耀光栅6放置在三维电移台17上，三维电移台17可以实现旋转、俯仰、平移三个方向的位移。凸面反射镜11放置在五维电移台19上，五维电移台19可以实现x、y、z、旋转、俯仰五个方向的位移。布儒斯特片9垂直于光轴放置在电动旋转台18上。
氦氖激光器1发射出的激光穿过第一光阑2，通过偏振器3变为p偏振光，穿过半波片4后，经全反射镜5反射至闪耀光栅6，闪耀光栅6对氦氖激光的零级衍射光进入氟化氢激光器的谐振腔内。调整三维电移台17，使衍射的氦氖激光的在闪耀光栅上6的出射点位于闪耀光栅6的中心，且从闪耀光栅6出射的衍射光依次穿过四分之一波片7、第二光阑8、布儒斯特片9、第三光阑10，入射到凸面反射镜11上。调节五维电移台19，使氦氖激光在凸面反射镜11上的出射点位于凸面反射镜11的中心，且经由凸面反射镜11发射的光依次穿过第三光阑10、布儒斯特片9、第三光阑8、四分之一波片7，入射到闪耀光栅6的中心上。
旋转半波片4使通过半波片4的氦氖激光变为s偏振光，调整电动旋转台18直至无s偏振光穿过布儒斯特片9，此时s偏振光由布儒斯特片9全反射出光栅非稳腔外，调整第四光阑12的位置，使经由布儒斯特片9反射的s偏振光穿过第四光阑12，通过窄带滤光片14。调整半导体导引激光器13的出光方向，使半导体导引光依次通过窄带滤光片14、第四光阑12，经由布儒斯特片9反射后，穿过第二光阑8。此时进入光栅非稳腔内的半导体导引激光是s偏振光。关闭氦氖激光器1，旋转三维电移台17直至闪耀光栅6垂直于光轴，精细调节三维电移台17直至通过四分之一波片7入射至闪耀光栅6的半导体导引激光按原光路返射依次通过四分之一波片7、第二光阑8、布儒斯特片9、第四光阑12。旋转四分之一波片7，此时经由闪耀光栅6衍射返回，穿过四分之一波片7的半导体导引激光变为p偏振光。调节三维电移台17，使闪耀光栅6对半导体导引激光的四级衍射光依次穿过四分之一波片7、第二光阑8、布儒斯特片9、第三光阑10，入射到凸面反射镜11上。取下第二光阑和第三光阑，精细调节三维电移台17和五维电移台19，使半导体导引激光在闪耀光栅6和凸面反射镜11构成的谐振腔中往复振荡，并使从凸面反射镜11边缘出射的半导体导引激光环强度分布均匀。调整五维电移台19使凸面反射镜11沿光轴方向移动，直至从凸面反射镜11边缘出射的半导体导引激光在剪切干涉仪16接收屏上的干涉条纹与参考线平行。此时整个光栅非稳腔调整完毕。
本发明实现了无需在谐振腔镜打孔的条件下，使用可见光对氟化氢激光器光栅非稳腔进行精确调节。调节方法简单、直观、有效，便于在实际应用中使用。
Claims (8)
1.一种氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：该装置包括氦氖激光器(1)和半导体导引光激光器(13)，氦氖激光器(1)发出的激光依次经第一光阑(2)、偏振器(3)、半波片(4)、照射到全反射镜(5)上，经全反射镜(5)反射的光依次经闪耀光栅(6)衍射、再经四分之一波片(7)、第二光阑(8)、照射到布儒斯特片(9)上，透过布儒斯特片(9)的光依次经第三光阑(10)、准直照射到凸面反射镜(11)上；
取下第二光阑(8)和第三光阑(10)，闪耀光栅(6)和凸面反射镜(11)之间形成一谐振腔，四分之一波片(7)和布儒斯特片(9)处于闪耀光栅(6)和凸面反射镜(11)之间，四分之一波片(7)靠近闪耀光栅(6)一侧；
半导体导引光激光器(13)发出的激光经窄带滤光片(14)和第四光阑(12)后照射到布儒斯特片(9)靠近闪耀光栅(6)一侧的表面，并于闪耀光栅(6)和凸面反射镜(11)之间的谐振腔中往复振荡，并通过凸面反射镜(11)的四周照射到离轴聚焦反射镜(15)上，经离轴聚焦反射镜(15)反射输入剪切干涉仪(16)中。
2.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：闪耀光栅(6)放置于三维电移台(17)上；凸面反射镜(11)放置于五维电移台(19)上。
3.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：所述的氦氖激光器(1)发射的激光经过闪耀光栅(6)的零级衍射进入到氟化氢激光器的谐振腔中。
4.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：所述的布儒斯特片(9)材料为蓝宝石晶体，放置于电动旋转台(18)上。
5.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：所述的半导体导引光激光器(13)发射的导引激光波长为660nm，激光线宽为3nm。
6.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：所述的窄带滤光片(14)透射带宽为0.5nm。
7.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，其特征在于：所述的半导体导引光激光器(13)发射的导引激光经过布儒斯特片(9)反射进入氟化氢激光器的谐振腔中；利用闪耀光栅(6)对导引激光产生的四级衍射光调节激光器的谐振腔。
8.根据权利要求1所述的氟化氢激光器光栅非稳腔的调节装置，
其特征在于：所述的由半导体导引激光器(13)发出的激光，由凸面反射镜(11)的四周入射到离轴聚焦反射镜(15)上，经轴聚焦反射镜(15)反射，由剪切干涉仪(16)测量反射光的发散度。
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