CN109309336B - 一种准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器 - Google Patents

一种准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器，包括泵浦源a，泵浦源b，碱金属蒸汽池，加热炉，高反镜，输出耦合镜。该碱金属激光器适用于将钾、铷、铯等碱金属作为增益介质，通过级联泵浦方式，利用泵浦源a输出窄线宽激光激发出n2P3/2能级的碱金属，第一电子激发态碱金属与惰性气体形成结合能更高的A2Π3/2能级准分子，利用泵浦源b输出宽线宽激光将A2Π3/2能级准分子激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2能级快速分解为惰性气体和(n+1)2P3/2能级的碱金属原子，碱金属原子由(n+1)2P3/2能级回到n2S1/2能级，直接产生蓝光激光。本方法通过该方法可以使碱金属激光器应用于高能蓝光激光领域；可以拓展到紫光激光器或者其它波长更短的激光器；该方法在激光器结构设计上与目前的二极管泵浦碱金属激光器相似，易于实现。

Description

一种准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器
技术领域
本发明涉及碱金属激光技术领域，特别涉及一种通过碱金属蒸汽产生蓝光激光的新方法。
背景技术
蓝光激光由于其波长的特殊性，在水下光通信、海洋资源探测、超短脉冲、激光光谱学、高密度光存储、激光生物医学、激光制冷等领域有着极为广阔的应用前景。目前，蓝光激光器的输出功率还非常有限，比较成熟的蓝光激光技术是采用二极管泵浦固体激光器，再通过倍频、和频的方式获得蓝光，实现数十瓦级蓝光输出。虽然该技术路线具有效率高、体积小、寿命长、结构紧凑、可靠性好等特点，但是，二极管泵浦固体蓝光激光器向更高功率发展的过程中，存在着严重的限制因素，即激光晶体的热致双折射、热致聚焦和热致断裂等热效应问题，尤其是可放大性非常有限。例如：使用较多的一种方案是利用Nd:YAG产生946nm激光，并经过倍频产生蓝光，主要限制在于946nm的增益系数远远小于1064nm和1319nm等谱线，在放大的过程中，将很难抑制1064nm和1319nm的起振，从而抑制蓝光的定标放大性。
近年来，二极管泵浦碱金属激光器发展迅猛，因其具有体积小、增益系数高、易于流动散热、光束质量好等优点，成为当前世界范围内的研究热点。而如果在二极管泵浦碱金属蒸汽激光器的基础上进行技术拓展，实现一种产生蓝光激光的新机制，除具备上述优点外，还可以完善二极管泵浦碱金属蒸汽激光器的输出波长范围。因此，研究高效且具有可放大性的二极管泵浦碱金属蓝光激光器具有极为重要的应用价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供了一种基于准分子宽带泵浦碱金属激光器直接实现蓝光激光输出的新方法，将碱金属激光器拓展到蓝光激光应用领域，可以解决目前蓝光激光功率瓶颈问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器的结构包括一泵浦源a，所述泵浦源a输出窄线宽激光，波长对应于所使用的碱金属的D2线，将碱金属原子由n2S1/2能级激发到n2P3/2能级；一泵浦源b，所述泵浦源b输出宽线宽激光，波长对应于将所使用的n2P3/2能级碱金属与缓冲气体形成的A2Π3/2能级准分子激发到I2Σ+ 1/2能级；
一碱金属蒸汽池，所述碱金属为钾、铷或铯，所述蒸汽池内充有足量碱金属，以及相应的惰性气体作为缓冲气体；一加热炉用于加热碱金属蒸汽池至所需温度；一高反镜作为腔镜，可实现对蓝光的高反射率；一输出耦合镜作为腔镜；
泵浦源a输出的对应碱金属D2线波长，将气态碱金属原子由基态激发到n2P3/2能级，该激发态碱金属原子与惰性气体形成A2Π3/2能级的准分子，泵浦源b输出激光将该能级准分子激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为惰性气体和(n+1)2P3/2能级的碱金属原子，实现粒子数反转，碱金属原子由(n+1)2P3/2能级回到n2S1/2能级，辐射出的光子经过谐振腔振荡放大，直接产生蓝光激光；或在惰性气体作用下，碱金属原子由(n+1)2P3/2能级快速弛豫到(n+1)2P1/2能级，同样实现粒子数反转，碱金属原子由(n+1)2P1/2能级回到n2S1/2能级，辐射出的光子经过谐振腔振荡放大，也直接产生蓝光激光；
本发明所述的基于准分子宽带泵浦碱金属激光器产生蓝光激光的方法具有如下几个优点：
1)、采用第一电子激发态的碱金属与惰性气体形成准分子，其结合能远远大于基态碱金属与惰性气体形成准分子的结合能，具有更大吸收系数，可提高泵浦效率，输出激光具有着比传统准分子宽带泵浦碱金属激光器更好的可放大性；
2)、泵浦光源可以采用窄线宽(对应从n2S1/2能级到n2P3/2能级的激发)与宽线宽二极管(对应将准分子从A2Π3/2能级到更高准分子能级的激发)相结合的双光子泵浦方式，系统的定标放大性好；
3)、本方法通过振荡放大的方式产生蓝光激光，相比基于碱金属的四波混频、频率上转换等方式的效率更高，可放大性更好；
4)、通过该方法可以使碱金属激光器应用于高能蓝光激光领域；
5)、可以拓展到紫光激光器或者其它波长更短的激光器；
6)、采用惰性气体作为缓冲气体，增益池的工作寿命比较长；
7)、该方法在激光器结构设计上与目前的二极管泵浦碱金属激光器相似，易于实现。
附图说明
图1为本发明采用端面泵浦方式一的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器示意图。其中1-泵浦源a，2-泵浦源b，3-碱金属蒸汽池，4-加热炉，5-高反镜，6-输出耦合镜，7-二向色镜，8-偏振分束立方体，9-聚焦透镜。
图2为本发明采用端面泵浦方式二的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器示意图。其中1-泵浦源a，2-泵浦源b，3-碱金属蒸汽池，4-加热炉，5-高反镜，6-输出耦合镜，10-二向色镜，11-聚焦透镜。
图3为本发明采用端面泵浦方式三的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器示意图。其中1-泵浦源a，2-泵浦源b，3-碱金属蒸汽池，4-加热炉，5-高反镜，6-输出耦合镜，12-偏振分束立方体，13-聚焦透镜。
图4为本发明采用端面泵浦方式四的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器示意图。其中1-泵浦源a，2-泵浦源b，3-碱金属蒸汽池，4-加热炉，5-高反镜，6-输出耦合镜，14-偏振分束立方体a，15-偏振分束立方体b，16-聚焦透镜a，17-聚焦透镜b。
图5为本发明采用端面泵浦方式五的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器示意图。其中1-泵浦源a，2-泵浦源b，3-碱金属蒸汽池，4-加热炉，5-高反镜，6-输出耦合镜，18-二向色镜a，19-二向色镜b，20-聚焦透镜a，21-聚焦透镜b。
图6为本发明采用侧面泵浦方式一的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器示意图。其中1-泵浦源a，2-泵浦源b，3-碱金属蒸汽池，4-加热炉，5-高反镜，6-输出耦合镜，22-柱面透镜组，23-聚焦透镜。
具体实施方式
结合附图1～附图6，说明本发明的具体实施方式。
实施例1
详见附图1所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个二向色镜7，一个偏振分束立方体8，一个聚焦透镜9。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出P偏振的窄线宽激光，波长为对应铯金属的D2线852nm，泵浦源b 2输出P偏振的宽线宽激光，波长为925nm，经二向色镜7后透射，并且与经二向色镜7反射的泵浦源a 1输出激光共线，两束P偏振泵浦激光由聚焦透镜9聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过偏振分束立方体8由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦；碱金属蒸汽池3内充有足量的铯金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氦气作为缓冲气体，常温下的充气压为2000torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到300℃，该温度下铯蒸汽的气压为2.31torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有450～465nm和840～960nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在450-465nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在840～960nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的852nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态铯金属原子由62S1/2能级激发到62P3/2能级，62P3/2能级铯金属原子与氦气形成准分子Cs*-He，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的925nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子Cs*-He激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氦气和72P3/2能级的铯金属原子，实现粒子数反转，铯金属原子由72P3/2能级回到62S1/2能级，辐射出的S偏振光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生455nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氦气作用下，铯金属原子由72P3/2能级快速弛豫到72P1/2能级，同样实现粒子数反转，铯金属原子由72P1/2能级回到62S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生459nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例2
详见附图2所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个二向色镜10，一个聚焦透镜11。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出窄线宽激光，波长为对应铯金属的D2线852nm，泵浦源b 2输出的宽线宽激光，波长为920nm，经二向色镜10后透射，并且与经二向色镜10反射的泵浦源a 1输出激光共线，两束泵浦激光由聚焦透镜11聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过高反镜5由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦；碱金属蒸汽池3内充有足量的铯金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氖气作为缓冲气体，常温下的充气压为1500torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到250℃，该温度下铯蒸汽的气压为0.53torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有450～465nm和840～960nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在450-465nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在840～960nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的852nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态铯金属原子由62S1/2能级激发到62P3/2能级，62P3/2能级铯金属原子与氖气形成准分子Cs*-Ne，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的920nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子Cs*-Ne激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氖气和72P3/2能级的铯金属原子，实现粒子数反转，铯金属原子由72P3/2能级回到62S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生455nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氖气作用下，铯金属原子由72P3/2能级快速弛豫到72P1/2能级，同样实现粒子数反转，铯金属原子由72P1/2能级回到62S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生459nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例3
详见附图3所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个偏振分束立方体12，一个聚焦透镜13。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出S偏振的窄线宽激光，波长为对应铯金属的D2线852nm，泵浦源b 2输出P偏振的宽线宽激光，波长为915nm，经偏振分束立方体12后透射，并且与经偏振分束立方体12反射的泵浦源a 1输出激光共线，两束泵浦激光由聚焦透镜13聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过高反镜5由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦；碱金属蒸汽池3内充有足量的铯金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氩气作为缓冲气体，常温下的充气压为1000torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到200℃，该温度下铯蒸汽的气压为0.09torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有450～465nm和840～960nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在450-465nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在840～960nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的852nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态铯金属原子由62S1/2能级激发到62P3/2能级，62P3/2能级铯金属原子与氩气形成准分子Cs*-Ar，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的915nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子Cs*-Ar激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氩气和72P3/2能级的铯金属原子，实现粒子数反转，铯金属原子由72P3/2能级回到62S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生455nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氩气作用下，铯金属原子由72P3/2能级快速弛豫到72P1/2能级，同样实现粒子数反转，铯金属原子由72P1/2能级回到62S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生459nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例4
详见附图4所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个偏振分束立方体a 14，一个偏振分束立方体b 15，一个聚焦透镜a 16，一个聚焦透镜b 17。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出P偏振的窄线宽激光，波长为对应铷金属的D2线780nm，由聚焦透镜a 16聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过偏振分束立方体a 14由一端面部位进入碱金属蒸汽池3；泵浦源b 2输出P偏振的宽线宽激光，波长为854nm，由聚焦透镜b 17聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过偏振分束立方体b 15由另一端面部位进入碱金属蒸汽池3；两束泵浦激光共线进行泵浦。碱金属蒸汽池3内充有足量的铷金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氦气作为缓冲气体，常温下的充气压为2000torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到300℃，该温度下铷蒸汽的气压为1.39torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有415～425nm和770～870nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在415-425nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在770～870nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的780nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态铷金属原子由52S1/2能级激发到52P3/2能级，52P3/2能级铷金属原子与氦气形成准分子Rb*-He，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的854nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子Rb*-He激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氦气和62P3/2能级的铷金属原子，实现粒子数反转，铷金属原子由62P3/2能级回到52S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生420nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氦气作用下，铷金属原子由62P3/2能级快速弛豫到62P1/2能级，同样实现粒子数反转，铷金属原子由62P1/2能级回到52S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生421nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例5
详见附图5所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个二向色镜a 18，一个二向色镜b 19，一个聚焦透镜a 20，一个聚焦透镜b 21。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出窄线宽激光，波长为对应铷金属的D2线780nm，由聚焦透镜a 20聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过二向色镜a 18由一端面部位进入碱金属蒸汽池3；泵浦源b 2输出的宽线宽激光，波长为849nm，由聚焦透镜b 21聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过二向色镜b 19由另一端面部位进入碱金属蒸汽池3；两束泵浦激光共线进行泵浦。碱金属蒸汽池3内充有足量的铷金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氖气作为缓冲气体，常温下的充气压为1500torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到250℃，该温度下铷蒸汽的气压为0.30torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有415～425nm和770～870nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在415-425nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在770～870nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的780nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态铷金属原子由52S1/2能级激发到52P3/2能级，52P3/2能级铷碱金属原子与氖气形成准分子Rb*-Ne，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的849nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子Rb*-Ne激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氖气和62P3/2能级的铷金属原子，实现粒子数反转，铷金属原子由62P3/2能级回到52S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生420nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氖气作用下，铷金属原子由62P3/2能级快速弛豫到62P1/2能级，同样实现粒子数反转，铷金属原子由62P1/2能级回到52S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生421nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例6
详见附图6所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个柱面透镜组22，一个聚焦透镜23。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出窄线宽激光，波长为对应铷金属的D2线780nm，从侧面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦，并且通过柱面透镜组22将泵浦光由点光源变为线光源进入碱金属蒸汽池3中心；泵浦源b 2输出的宽线宽激光，波长为844nm，由聚焦透镜23聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过高反镜5由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦。两束泵浦激光共线进行泵浦。碱金属蒸汽池3内充有足量的铷金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氩气作为缓冲气体，常温下的充气压为1000torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到200℃，该温度下铷蒸汽的气压为0.05torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有415～425nm和770～870nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在415-425nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在770～870nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的780nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态铷金属原子由52S1/2能级激发到52P3/2能级，52P3/2能级铷金属原子与惰性气体形成准分子Rb*-Ar，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的844nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子Rb*-Ar激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氩气和62P3/2能级的铷金属原子，实现粒子数反转，铷金属原子由62P3/2能级回到52S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生420nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氩气作用下，铷金属原子由62P3/2能级快速弛豫到62P1/2能级，同样实现粒子数反转，铷金属原子由62P1/2能级回到52S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生421nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例7
详见附图1所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个二向色镜7，一个偏振分束立方体8，一个聚焦透镜9。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出P偏振的窄线宽激光，波长为对应钾金属的D2线766nm，泵浦源b 2输出P偏振的宽线宽激光，波长为801nm，经二向色镜7后透射，并且与经二向色镜7反射的泵浦源a 1输出激光共线，两束P偏振泵浦激光由聚焦透镜9聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过偏振分束立方体8由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦；碱金属蒸汽池3内充有足量的钾金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氦气作为缓冲气体，常温下的充气压为2000torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到350℃，该温度下钾蒸汽的气压为1.37torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有400～410nm和760～820nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在400-410nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在760～820nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的766nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态钾金属原子由42S1/2能级激发到42P3/2能级，42P3/2能级钾金属原子与氦气形成准分子K*-He，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的801nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子K*-He激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氦气和52P3/2能级的钾金属原子，实现粒子数反转，钾金属原子由52P3/2能级回到42S1/2能级，辐射出的S偏振光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生404nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氦气作用下，钾金属原子由52P3/2能级快速弛豫到52P1/2能级，同样实现粒子数反转，钾金属原子由52P1/2能级回到42S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生404nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例8
详见附图2所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个二向色镜10，一个聚焦透镜11。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出窄线宽激光，波长为对应钾金属的D2线766nm，泵浦源b 2输出的宽线宽激光，波长为796nm，经二向色镜10后透射，并且与经二向色镜10反射的泵浦源a 1输出激光共线，两束泵浦激光由聚焦透镜11聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过高反镜5由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦；碱金属蒸汽池3内充有足量的钾金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氖气作为缓冲气体，常温下的充气压为1500torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到300℃，该温度下钾蒸汽的气压为0.33torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有400～410nm和760～820nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在400-410nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在760～820nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的766nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态钾金属原子由42S1/2能级激发到42P3/2能级，42P3/2能级钾金属原子与氖气形成准分子K*-Ne，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的796nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子K*-Ne激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氖气和52P3/2能级的钾金属原子，实现粒子数反转，钾金属原子由52P3/2能级回到42S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生404nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氖气作用下，钾金属原子由52P3/2能级快速弛豫到52P1/2能级，同样实现粒子数反转，钾金属原子由52P1/2能级回到42S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生404nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。
实施例9
详见附图3所示，本发明主要结构包括：一个泵浦源a 1，一个泵浦源b 2，一个碱金属蒸汽池3，一个加热炉4，一个高反镜5，一个输出耦合镜6，一个偏振分束立方体12，一个聚焦透镜13。
具体实施方式为：
泵浦源a 1输出S偏振的窄线宽激光，波长为对应钾金属的D2线766nm，泵浦源b 2输出P偏振的宽线宽激光，波长为791nm，经偏振分束立方体12后透射，并且与经偏振分束立方体12反射的泵浦源a 1输出激光共线，两束泵浦激光由聚焦透镜13聚焦到碱金属蒸汽池3中心，并且透射经过高反镜5由端面部位进入碱金属蒸汽池3进行泵浦；碱金属蒸汽池3内充有足量的钾金属，同时碱金属蒸汽池3内还充有氩气作为缓冲气体，常温下的充气压为1000torr，利用加热炉4将碱金属蒸汽池3加热到250℃，该温度下钾蒸汽的气压为0.06torr；碱金属蒸汽池3两端的窗口的外表面镀有400～410nm和760～820nm波段増透膜；高反镜5和输出耦合镜6在400-410nm蓝光波段分别起高反和部分反射作用，在760～820nm波段具有増透作用；
泵浦源a 1输出的766nm泵浦激光，将碱金属蒸汽池3内的气态钾金属原子由42S1/2能级激发到42P3/2能级，42P3/2能级钾碱金属原子与氩气形成准分子K*-Ar，该准分子处于A2Π3/2能级，A2Π3/2能级准分子的结合能远大于X2Σ+ 1/2能级的准分子，吸收效率更高；泵浦源b 2输出的791nm泵浦激光将A2Π3/2能级准分子K*-Ar激发到I2Σ+ 1/2能级，I2Σ+ 1/2准分子能级为排斥态或者是势垒比较浅的束缚态，将快速分解为氩气和52P3/2能级的钾金属原子，实现粒子数反转，钾金属原子由52P3/2能级回到42S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生404nm蓝光激光由输出耦合镜6输出；或在氩气作用下，钾金属原子由52P3/2能级快速弛豫到52P1/2能级，同样实现粒子数反转，钾金属原子由52P1/2能级回到42S1/2能级，辐射出的光子在由高反镜5和输出耦合镜6构成的谐振腔内振荡放大，直接产生404nm蓝光激光由输出耦合镜6输出。

Claims (6)

1.一种准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器，其特征在于：包括泵浦源a（1），泵浦源b（2），碱金属蒸汽池（3），高反镜（5），输出耦合镜（6）；高反镜（5）和输出耦合镜（6）相对设置构成光学谐振腔，于高反镜（5）和输出耦合镜（6）之间设有碱金属蒸汽池（3），碱金属蒸汽池（3）为一密闭中空容器，于碱金属蒸汽池（3）左右二侧靠近光学谐振腔腔镜处分别设有相对应的透明窗口，泵浦源a（1）和泵浦源b（2）发出的光照射至碱金属蒸汽池（3）内部；
其操作条件如下：
1）泵浦源a（1）输出的激光的波长为852nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态铯金属原子由62S1/2能级激发到62P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为925nm，将A2Π3/2能级准分子Cs*-He激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铯蒸汽和惰性气体；惰性气体为氦气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属铯蒸汽温度为150-350℃，压力为0.01~7.94torr（1.3~1058.4Pa）；
或2）泵浦源a（1）输出的激光的波长为852nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态铯金属原子由62S1/2能级激发到62P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为920nm，将A2Π3/2能级准分子Cs*-Ne激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铯蒸汽和惰性气体；惰性气体为氖气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属铯蒸汽温度为150-350℃，压力为0.01~7.94torr（1.3~1058.4Pa）；
或 3）泵浦源a（1）输出的激光的波长为852nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态铯金属原子由62S1/2能级激发到62P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为915nm，将A2Π3/2能级准分子Cs*-Ar激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铯蒸汽和惰性气体；惰性气体为氩气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属铯蒸汽温度为150-350℃，压力为0.01~7.94torr（1.3~1058.4Pa）；
或4）泵浦源a（1）输出的激光的波长为780nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态铷金属原子由52S1/2能级激发到52P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为854nm，将A2Π3/2能级准分子Rb*-He激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铷蒸汽和惰性气体；惰性气体为氦气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属铷蒸汽温度为150-350℃，压力为0.004~5.13torr（0.6~683.3Pa）；
或5）泵浦源a（1）输出的激光的波长为780nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态铷金属原子由52S1/2能级激发到52P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为849nm，将A2Π3/2能级准分子Rb*-Ne激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铷蒸汽和惰性气体；惰性气体为氖气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属铷蒸汽温度为150-350℃，压力0.004~5.13torr（0.6~683.3Pa）；
或6）泵浦源a（1）输出的激光的波长为780nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态铷金属原子由52S1/2能级激发到52P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为844nm，将A2Π3/2能级准分子Rb*-Ar激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铷蒸汽和惰性气体；惰性气体为氩气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属铷蒸汽温度为150-350℃，压力0.004~5.13torr（0.6~683.3Pa）；
或7）泵浦源a（1）输出的激光的波长为766nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态钾金属原子由42S1/2能级激发到42P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为801nm，将A2Π3/2能级准分子K*-He激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属钾蒸汽和惰性气体；惰性气体为氦气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属钾蒸汽温度为150-350℃，压力为0.0006~1.37torr（0.1~182.8Pa）；
或8）泵浦源a（1）输出的激光的波长为766nm，将碱金属蒸汽池（3）内的气态钾金属原子由42S1/2能级激发到42P3/2能级；泵浦源b（2）输出的激光的波长为796nm，将A2Π3/2能级准分子K*-Ne激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属钾蒸汽和惰性气体；惰性气体为氖气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属钾蒸汽温度为150-350℃，压力为0.0006~1.37torr（0.1~182.8Pa）；
或9）泵浦源a（1）输出的激光的波长为766nm，泵浦源b（2）输出的激光的波长为791nm，将A2Π3/2能级准分子K*-Ar激发到I2Σ+ 1/2能级；碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属钾蒸汽和惰性气体；惰性气体为氩气，常温下其压力为300~2000torr；碱金属钾蒸汽温度为150-350℃，压力为0.0006~1.37torr（0.1~182.8Pa）；
泵浦源a（1）输出的激光和泵浦源b（2）输出的激光进入碱金属蒸汽池（3）实现泵浦，于高反镜（5）和输出耦合镜（6）相对面上镀有反射蓝光的光学薄膜，具体镀膜及输出激光情况如下：
1）碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铯蒸汽和惰性气体时，高反镜（5）上的光学薄膜为450~465nm波段高反、840~960nm波段増透，输出耦合镜（6）上的光学薄膜为450~465nm波段部分反射，840~960nm波段増透，泵浦产生的455nm或459nm蓝光辐射在由高反镜b（5）和输出耦合镜（6）构成的谐振腔内进行振荡放大产生455nm或459nm蓝光激光，产生的455nm或459nm蓝光激光由输出耦合镜（6）输出；
或2）碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属铷蒸汽和惰性气体时，高反镜（5）上的光学薄膜为415~425nm波段高反、770~870nm波段増透，输出耦合镜（6）上的光学薄膜为415~425nm波段部分反射，770~870nm波段増透，泵浦产生的420nm或421nm蓝光辐射在由高反镜b（5）和输出耦合镜（6）构成的谐振腔内进行振荡放大产生420nm或421nm蓝光激光，产生的420nm或421nm蓝光激光由输出耦合镜（6）输出；
或3）碱金属蒸汽池（3）内充有碱金属钾蒸汽和惰性气体时，高反镜（5）上的光学薄膜为400~410nm波段高反、760~820nm波段増透，输出耦合镜（6）上的光学薄膜为400~410nm波段部分反射，760~820nm波段増透，泵浦产生的404nm蓝光辐射在由高反镜b（5）和输出耦合镜（6）构成的谐振腔内进行振荡放大产生404nm蓝光激光，产生的404nm蓝光激光由输出耦合镜（6）输出。
2.根据权利要求1所述的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器，其特征在于：泵浦源a（1）和泵浦源b（2）发出的光经碱金属蒸汽池（3）侧壁面上的透明窗口照射至碱金属蒸汽池（3）内部，碱金属蒸汽池（3）两端的窗口的外表面镀有400~465nm和760~960nm波段増透膜。
3.根据权利要求1所述的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器，其特征在于：高反镜（5）和输出耦合镜（6）、碱金属蒸汽池（3）左右二侧的透明窗口同轴设置。
4.根据权利要求1或3任一所述的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器，其特征在于：碱金属蒸汽池（3）置于加热炉（4）内部，于加热炉（4）上设有与碱金属蒸汽池（3）上透明窗口相对应的通光孔；加热炉（4）对碱金属蒸汽池（3）进行加热。
5.一种权利要求1-4任一所述的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器在高能蓝光激光领域中的应用。
6.根据权利要求5所述应用，其特征在于：第一电子激发态碱金属与缓冲气体形成结合能更高的A2Π3/2能级准分子，具有大吸收系数，并且所述的准分子宽带泵浦碱金属蓝光激光器基于振荡放大的方式产生蓝光激光，可放大性更好，气态增益介质具有易于流动散热、光束质量好的特点，更适合产生高能蓝光激光。
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