CN106785881B - 基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器 - Google Patents

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Abstract

一种基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，构成包括1064nm激光源、法拉第隔离器、二分之一玻片、分光元件、第一拉曼谐振腔的前腔镜、钨酸钆钾晶体、第一拉曼谐振腔的后腔镜、第一滤波镜片、第一反射镜、第二拉曼谐振腔的前腔镜、硝酸钡晶体、第二拉曼谐振腔后腔镜、第二滤波镜片、第二反射镜、非线性晶体和第三滤波镜片。本发明结构简单，易于实现同步，获得的589nm可以用于产生钠导星，天文和国防等领域有着重要的意义。

Description

基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器
技术领域
本发明属于固体激光技术领域，具体是一种基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器。
背景技术
大型望远镜在对天体进行观测时，由于受到大气湍流等扰动，极大的降低了成像的分辨率，可以通过自适应技术对这些影响因素进行校正，从而提高成像的分辨率。在自适应光学进行校正时，需要有引导星，又称为信标，在距离地面一定高度处产生较强的光源，以此引导星的光信号作为波前标准，通过测量大气产生的相位畸变信号来获得误差信号，从而实现自适应校正。钠信标作为一种人工信标，其产生的过程为激光器用来激发海拔80～100km高度处的大气电离层中的钠原子，引起钠原子共振产生后向散射荧光，从而产生高亮度的钠导引星。通过这种方式，在那些看不见自然星的天空位置，可以用人造的星星代替自然形体。
目前已经发展的获得589nm钠信标激光源的主要类型有染料激光器、固体激光器和频以及光纤拉曼放大倍频。染料激光器是最早提出和发展的获得钠黄光的一个方向，但是染料激光器系统复杂庞大，造成运输困难，同时也存在着稳定性差和不安全的问题。所以，染料激光器逐渐的被结构紧凑，光谱覆盖范围广的新型固体激光器代替。拉曼光纤激光器也是一种获得589nm激光的有效方法，通过光纤激光器的拉曼频移技术获得1178nm基频光输出，然后通过倍频技术获得钠黄光。但是光纤激光器的口径较小，输出功率和能量受到限制，在高峰值功率输出下，容易产生受激布里渊散射和自聚焦等非线性效应，光纤激光器的应用受到了很大的限制。目前比较常见的一种获得589nm激光源技术是通过1064nm和1319nm的和频获得，目前已经成功获得33W的钠黄光输出(CN103259156A,Chinese PhysicsB,2014,23(9):094208)，并开展了外场实验。
除了以上三种技术方案，还有一种有效获得589nm激光是通过拉曼频移技术，可以通过拉曼晶体将1064nm激光频移到1178nm,然后通过激光倍频晶体获得589nm；或者直接将黄绿光通过拉曼频移到589nm激光。文献中已经报道将1064nm激光通过CaWO4晶体的拉曼频移后获得1178nm激光(Optics Letters,2015,40(4):530-533)，然后再通过倍频获得589nm激光，但是CaWO4晶体的体积相对较小，不容易获得高功率和高能量的589nm激光输出，从而限制了589nm激光的应用。
发明内容
本发明为了解决现有技术输出钠黄光技术存在的结构复杂，成本较高的问题，提出了一种基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器。
本发明通过如下技术方案实现：
一种基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特点在于，构成包括1064nm激光源、法拉第隔离器、二分之一玻片、分光元件、第一拉曼谐振腔的前腔镜、钨酸钆钾晶体(化学式：KGa(WO4)2，以下简称为KGW晶体)、第一拉曼谐振腔的后腔镜、第一滤波镜片、第一反射镜、第二拉曼谐振腔的前腔镜、硝酸钡晶体(化学式：Ba(NO3)2，以下简称为：BN晶体)、第二拉曼谐振腔的后腔镜、第二滤波镜片、第二反射镜、非线性晶体和第三滤波镜片，沿所述的1064nm激光源的激光输出方向依次上所述的法拉第隔离器、二分之一玻片和分光元件，所述的分光元件将输入激光分为透射激光和反射激光：
沿所述的透射激光的方向依次是所述的第一拉曼谐振腔的前腔镜、KGW晶体、第一拉曼谐振腔的后腔镜、第一滤波镜片、第二滤波镜片、第二反射镜、非线性晶体和第三滤波镜片；所述的第一滤波镜片镀有1064nm高透膜和1159nm高反膜；所述的第二滤波镜片镀有1064nm高透膜、1159nm高透膜和1197.8nm高反膜，所述的第三滤波镜片镀有1197.8nm高透膜、1159nm高透膜和589nm高反膜；
沿所述的反射激光方向依次是所述的第一反射镜、第二拉曼谐振腔的前腔镜、BN晶体、第二拉曼谐振腔的后腔镜、第二滤波镜片、第二反射镜、非线性晶体和第三滤波镜片。
所述的1064nm激光源为连续激光器、准连续激光器或脉冲激光器。
所述的第一拉曼谐振腔的前腔镜镀有1064nm增透膜和1159nm高反膜；所述的第二拉曼谐振腔的后腔镜镀有1064nm增透膜和1197.8nm高反膜；所述的第一拉曼谐振腔器的后腔镜镀有1064nm增透膜和1159nm半透半反膜；所述的第二拉曼谐振腔的后腔镜镀有1064nm增透膜和1197.8nm半透半反膜。
所述的KGW晶体镀有1064nm增透膜和1159nm增透膜，晶体长度为50～80mm。
所述的BN晶体镀有1064nm增透膜和1197.8nm增透膜，晶体长度为50～80mm。
所述的分光元件为1064nm半透半反镜片或者偏振分光棱镜。
所述的非线性晶体为KDP、BBO、LBO或KTP晶体。
所述的1159nm激光与1197.8nm激光在所述的非线性晶体(19)中的和频过程为Ⅰ或者Ⅱ类相位匹配的过程。
本发明的工作过程如下：
所述的1064nm激光源发射的1064nm激光光束依次通过所述的法拉第隔离器和二分之一玻片后，被所述的分光元件分为透射激光和反射激光。
1064nm透射激光通过所述的第一拉曼谐振腔的前腔镜进入，经所述的KGW晶体，部分1064nm激光经拉曼频移后得到波长为1159nm激光，然后剩余的1064nm激光和所述的1159nm激光经所述的第一拉曼谐振腔的后腔镜射出。所述的第一滤波镜片镀有1064nm高透和1159nm高反膜，所述的1159nm激光并经所述的第一滤波镜片反射，剩余的1064nm激光经所述的第一滤波镜片透射。所述的第二滤波镜片镀有1064nm高透膜、1159nm高透膜和1197.8nm高反膜，所述的1159nm激光经所述的第二滤波镜片透射过去。
所述的第一反射镜镀有1064nm高反膜，1064nm反射激光经所述的第一反射镜反射后通过所述的第二拉曼谐振腔的前腔镜进入经所述的KGW晶体，部分1064nm激光经拉曼频移后得到波长为1197.8nm激光，剩余的1064nm激光和所述的1197.8nm激光经所述的第二拉曼谐振腔的后腔镜(13)透射出。所述的剩余的1064nm激光经所述的第二滤波镜片透射出去，所述的1197.8nm激光经所述的第二滤波镜片反射。所述的第二反射镜镀有1159nm高反膜和1197.8nm高反膜，所述的1159nm激光和所述的1197.8nm激光经所述的第二反射镜反射后进入到所述的非线性晶体内。所述的1159nm激光和所述的1197.8nm激光在所述的非线性晶体内和频产生589nm激光。所述的第三滤波镜片镀有1197.8nm高透膜、1159nm高透膜和589nm高反膜，剩余的1159nm激光和1197.8nm激光在所述的第三滤波镜片透射，所述的589nm激光经所述的第三滤波镜片反射输出。
与现在的技术相比，本发明具有的优势是：
1)本发明不需要额外的延时控制装置就可以实现1159nm和1197.8nm激光的同步，结构简单，紧凑，容易集成。
2)本发明采用的KGW晶体和BN晶体尺寸较大，能够满足大能量和高功率589nm激光输出的要求。
3)本发明采用相应的1064nm激光源，可获得连续的、准连续的或脉冲的589nm激光。
4)本发明采用的1064nm激光泵浦源光学特性容易控制。
附图说明
图1为本发明基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器实施例1的结构示意图
图2为本发明获得的589nm光谱
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
请参阅图1，图1为本发明基于拉曼变频以及激光和频的589nm激光器实施例1的结构示意图，如图所示，本发明基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，包括1064nm激光源1、法拉第隔离器2、二分之一玻片3、分光元件4、第一拉曼谐振腔的前腔镜5、KGW晶体6、第一拉曼谐振腔的后腔镜7、第一滤波镜片8、第一反射镜10、第二拉曼谐振腔的前腔镜11、BN晶体12、第二拉曼谐振腔的后腔镜13、第二滤波镜片15、第二反射镜18、非线性晶体19和第三滤波镜片21，所述的1064nm激光源1发射的激光光束依次通过所述的法拉第隔离器2和二分之一玻片3后，被所述的分光元件4分为透射激光和反射激光，本实施例的分光元件4为分光镜。
1064nm透射激光通过所述的第一拉曼谐振腔的前腔镜5进入所述的KGW晶体6，部分1064nm激光经拉曼频移后得到波长为1159nm激光16，然后剩余的1064nm激光9和所述的1159nm激光16经所述的第一拉曼谐振腔的后腔镜7射出。所述的第一滤波镜片8镀有1064nm高透和1159nm高反膜，所述的1159nm激光16并经所述的第一滤波镜片8反射，剩余的1064nm激光9经所述的第一滤波镜片8透射。所述的第二滤波镜片15镀有1064nm高透膜、1159nm高透膜和1197.8nm高反膜，所述的1159nm激光16并经所述的第二滤波镜片15透射过去。
所述的第一反射镜10镀有1064nm高反膜，1064nm反射激光经所述的第一反射镜10反射后通过所述的第二拉曼谐振腔的前腔镜11进入所述的KGW晶体12，部分1064nm激光经拉曼频移后得到波长为1197.8nm激光14，剩余的1064nm激光17和所述的1197.8nm激光14经所述的第二拉曼谐振腔的后腔镜13透射出。所述的剩余的1064nm激光17经所述的第二滤波镜片15透射出去，所述的1197.8nm激光14经所述的第二滤波镜片15反射。所述的第二反射镜18镀有1159nm高反膜和1197.8nm高反膜，所述的1159nm激光16和所述的1197.8nm激光14经所述的第二反射镜18反射后进入到所述的非线性晶体19内。本实施例的非线性晶体19为KDP晶体，切割角度θ为42.5°，因为所述的1159nm激光16和1197.8nm激光14的偏振态相同，满足和频的Ⅰ类相位匹配条件，所述的1159nm激光16和所述的1197.8nm激光14在所述的KDP晶体19内和频产生589nm激光20。所述的第三滤波镜片21镀有1197.8nm高透膜、1159nm高透膜和589nm高反膜，剩余的1159nm激光和1197.8nm激光在所述的第三滤波镜片21透射，所述的589nm激光(20)在所述的第三滤波镜片21反射输出。所得589nm激光光谱参照图2。
实施例2
本实施例2结构，与实施例1不同之处在于将分光镜4替换为偏振分光棱镜，所述的非线性晶体19为KDP晶体，切割角度为58.5°。由于所述的1159nm激光16和1197.8nm激光14具有不同的偏振态，满足Ⅱ类相位匹配条件。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，特征在于其构成包括1064nm激光源(1)、法拉第隔离器(2)、二分之一玻片(3)、分光元件(4)、第一拉曼谐振腔的前腔镜(5)、KGW晶体(6)、第一拉曼谐振腔的后腔镜(7)、第一滤波镜片(8)、第一反射镜(10)、第二拉曼谐振腔的前腔镜(11)、BN晶体(12)、第二拉曼谐振腔的后腔镜(13)、第二滤波镜片(15)、第二反射镜(18)、非线性晶体(19)和第三滤波镜片(21)，沿所述的1064nm激光源(1)的激光输出方向上依次是所述的法拉第隔离器(2)、二分之一玻片(3)和分光元件(4)，所述的分光元件(4)将输入激光分为透射激光和反射激光：
所述的第一滤波镜片(8)镀有1064nm高透膜和1159nm高反膜；所述的第二滤波镜片(15)镀有1064nm高透膜、1159nm高透膜和1197.8nm高反膜，所述的第三滤波镜片(21)镀有1197.8nm高透膜、1159nm高透膜和589nm高反膜；
所述的1064nm激光源发射的1064nm激光光束依次通过所述的法拉第隔离器和二分之一玻片后，被所述的分光元件分为1064nm透射激光和1064nm反射激光；
所述的1064nm透射激光通过所述的第一拉曼谐振腔的前腔镜进入，经所述的KGW晶体，部分1064nm激光经拉曼频移后得到波长为1159nm激光，剩余的1064nm激光和所述的1159nm激光经所述的第一拉曼谐振腔的后腔镜射出，所述的1159nm激光经所述的第一滤波镜片反射，剩余的1064nm激光经所述的第一滤波镜片透射，所述的1159nm激光经所述的第二滤波镜片透射过去；
所述的1064nm反射激光经所述的第一反射镜反射后通过所述的第二拉曼谐振腔的前腔镜进入，经所述的BN晶体(12)，部分1064nm激光经拉曼频移后得到波长为1197.8nm激光，剩余的1064nm激光和所述的1197.8nm激光经所述的第二拉曼谐振腔的后腔镜(13)透射，所述的剩余的1064nm激光经所述的第二滤波镜片透射出去，所述的1197.8nm激光经所述的第二滤波镜片反射，所述的1159nm激光和所述的1197.8nm激光经所述的第二反射镜反射后进入到所述的非线性晶体内，所述的1159nm激光和所述的1197.8nm激光在所述的非线性晶体内和频产生589nm激光，剩余的1159nm激光和1197.8nm激光经所述的第三滤波镜片透射，所述的589nm激光经所述的第三滤波镜片反射输出。
2.按照权利要求1所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的1064nm激光源(1)为连续激光器、准连续激光器或脉冲激光器。
3.按照权利要求1所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的第一拉曼谐振腔的前腔镜(5)镀有1064nm增透膜和1159nm高反膜；所述的第二拉曼谐振腔的前腔镜(11)镀有1064nm增透膜和1197.8nm高反膜；所述的第一拉曼谐振腔器的后腔镜(7)镀有1064nm增透膜和1159nm半透半反膜；所述的第二拉曼谐振腔的后腔镜(13)镀有1064nm增透膜和1197.8nm半透半反膜。
4.按照权利要求1所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的KGW晶体(6)镀有1064nm增透膜和1159nm增透膜，晶体长度为50～80mm。
5.按照权利要求1所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的BN晶体(12)镀有1064nm增透膜和1197.8nm增透膜，晶体长度为50～80mm。
6.按照权利要求1所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的分光元件(4)为1064nm半透半反镜片或者偏振分光棱镜。
7.按照权利要求1所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的非线性晶体(19)为KDP、BBO、LBO或KTP晶体。
8.按照权利要求1至7任一所述的基于拉曼变频和激光和频的589nm激光器，其特征在于所述的1159nm激光(16)与1197.8nm激光(14)在所述的非线性晶体(19)中的和频过程为Ⅰ或者Ⅱ类相位匹配的过程。
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