CN110048297A - 一种四波长自由切换激光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四波长自由切换激光系统。该系统包括泵浦源，泵浦源发出的泵浦光可以受控三个切换单元分别由第一光路、第二光路、第三光路和第四光路自由切换输出。其中，第一和第二切换单元采用非机械式激光波长切换技术，通过改变激光偏振态来控制光束的传输方向，达到切换目的，第三切换单元采用机械式切换技术，通过发送程控指令给附带驱动装置的光学吸收池在导轨上定量移动实现切换。该系统结构简单紧凑，使用维护方便，成本较低，有利于多波长激光源的自由切换输出。
Description
技术领域
本发明涉及固体激光技术领域，特别是一种四波长自由切换激光系统。
背景技术
激光源在科研、医疗、工程实践和军事等领域应用时，有时需要具备在多种波长之间切换使用的能力。比如在雨雾天气、坑洞等恶劣环境下使用激光测距机时，不同波段激光在大气、烟幕等透过率不同，多波长切换使用可以提供不同选择，确保获得最佳测距精度。
为了获得多波长激光源，常规做法是使用多台激光器组合使用、双波长自由切换激光器或可调谐激光器结合其他典型波段的激光器组合使用等模式。但这些使用模式的不足是系统集成度低、体积庞大、特殊环境下使用不便。而且双波长自由切换激光器仅有两种波长输出，可调谐激光器绝大多数的调谐范围比较窄，难以实现高稳定、大功率典型波段激光输出。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种四波长自由切换激光系统，解决现有技术中存在的激光源切换中存在的使用多台激光器、可选波长数量有限等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种四波长自由切换激光系统，包括泵浦源，所述泵浦源发出的泵浦光可以受控分别由第一光路、第二光路、第三光路和第四光路自由切换输出；其中，第一光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第二控制模块、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一双色镜、第一滤波片，所述第一控制模块和第二控制模块受控均不施加半波电压，所述泵浦光的偏振态不发生改变，所述泵浦光经过第一电光晶体后直接透过第一偏振分光棱镜、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一双色镜，以及与输出波长相对应的第一滤波片，输出第一种波长的激光；第二光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第二控制模块、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一反射镜、第一耦合透镜、倍频晶体模块、第二反射镜、第一双色镜、第二滤光片，所述第一控制模块受控不施加半波电压，所述第二控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体后直接透过第一偏振分光棱镜，经过所述第二电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第二偏振分光棱镜反射，再被第一反射镜反射，经过第一耦合透镜调整束腰大小，注入到倍频晶体模块，所述倍频晶体模块输出后被第二反射镜和第一双色镜反射，再经过对应波长的第二滤光片，输出第二种波长的激光；第三光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第三反射镜、第二耦合透镜、光学隔离器、OPO模块、第二双色镜、第三控制模块、可控光吸收装置、第三双色镜、第三滤波片，所述第一控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第一偏振分光棱镜反射，再被第三反射镜反射，经过第二耦合透镜调整束腰大小，再通过光学隔离器后，注入到OPO模块，所述OPO模块输出的激光经过第二双色镜分光为信号光和闲频光两部分，第三控制模块控制可控光吸收装置使得闲频光被吸收，而信号光通过，并透过第三双色镜，再经过对应波长的第三滤波片，输出第三种波长的激光；第四光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第三反射镜、第二耦合透镜、光学隔离器、OPO模块、第二双色镜、第三控制模块、可控光吸收装置、第四反射镜、第五反射镜、第三双色镜、第四滤波片，所述第一控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第一偏振分光棱镜反射，再被第三反射镜反射，经过第二耦合透镜调整束腰大小，再通过光学隔离器后，注入到OPO模块，所述OPO模块输出的激光经过第二双色镜分光为信号光和闲频光两部分，第三控制模块控制可控光吸收装置使得信号光被吸收，而闲频光依次被第四反射镜、第五反射镜和第三双色镜反射，再经过对应波长的第四滤波片，输出第四种波长的激光。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,可控光吸收装置包括设置在导轨上可受控移动的第一光学吸收池和第二光学吸收池，所述第一光学吸收池对应吸收所述信号光，所述第二光学吸收池对应吸收所述闲频光。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,所述四波长自由切换激光系统包括两个出光口，其中，第一出光口对应输出第一种波长的激光或第二种波长的激光，第二出光口对应输出第三种波长的激光或第四种波长的激光，并且第一出光口和第二出光口的光轴平行。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,所述四波长自由切换激光系统包括第一切换单元，对应包括所述第一控制模块、第一电光晶体和第一偏振分光棱镜。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,所述四波长自由切换激光系统包括第二切换单元，对应包括所述第二控制模块、第二电光晶体和第二偏振分光棱镜。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,所述四波长自由切换激光系统包括第三切换单元，对应包括所述第三控制模块、导轨、第一光学吸收池和第二光学吸收池。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,在所述第三切换单元中，所述信号光和闲频光组成的平面与导轨所在的平面平行，并且与所述导轨右边线、第一光学吸收池和第二光学吸收池垂直切面组成的平面垂直；第一光学吸收池和第二光学吸收池均为正方形，边长4cm，光束入口为圆形结构，直径2cm，正对着光束入射方向；第一光学吸收池和第二光学吸收池固定在一起，初始位置是信号光输出时对应的位置，当需要闲频光输出时，接收程控指令在导轨上移动，沿导轨正向移动5cm，当再次切换到信号光输出时，反向移动5cm回到初始位置。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜与水平光路成45°设置，均镀有1.064μm光的高反膜；所述第一耦合透镜和第二耦合透镜为单透镜或透镜组，与水平光路垂直设置，镀有1.064μm光的高透膜；所述第一双色镜与水平光路成45°设置，对1.064μm的光高透，对0.532μm的光高反；所述第二双色镜和第三双色镜，与水平光路成45°设置，对1.679μm的光高透，对2.907μm的光高反；所述第四反射镜和第五反射镜与水平光路成45°设置，对2.907μm的光高反。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,第一滤波片中心波长1064nm，半波带宽10nm；第二滤波片中心波长532nm，半波带宽10nm；第三滤波片中心波长1700nm，半波带宽45nm；第四滤波片为锗片，透光范围为2μm～12μm，波长低于2μm的激光被反射或吸收。
在本发明四波长自由切换激光系统另一实施例中,第一种波长为1.064μm，第二种波长为0.532μm、第三种波长为1.679μm、第四种波长为2.907μm。
本发明的有益效果是：本发明公开了一种四波长自由切换激光系统。该系统包括泵浦源，泵浦源发出的泵浦光可以受控三个切换单元分别由第一光路、第二光路、第三光路和第四光路自由切换输出。其中，第一和第二切换单元采用非机械式激光波长切换技术，通过改变激光偏振态来控制光束的传输方向，达到切换目的，第三切换单元采用机械式切换技术，通过发送程控指令给附带驱动装置的光学吸收池在导轨上定量移动实现切换。该系统结构简单紧凑，使用维护方便，成本较低，有利于多波长激光源的自由切换输出。
附图说明
图1是根据本发明四波长自由切换激光系统一实施例结构示意图；
图2是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例的光学吸收池分布模式一示意图；
图3是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例的光学吸收池分布模式二示意图；
图4是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例的导轨结构示意图；
图5是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例的四种波长激光的输出功率曲线；
图6是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例的四种波长激光的输出功率不稳定度曲线；
图7是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例的泵浦光和第一种波长激光的光谱图；
图8是根据本发明四波长自由切换激光系统另一实施例输出的一种信号光光谱图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
图1显示了本发明四波长自由切换激光系统一实施例的组成图。在图1中，包括泵浦源(1)、第一控制模块(2)、第一电光晶体(3)、第一偏振分光棱镜(4)、第二控制模块(5)、第二电光晶体(6)、第一反射镜(7)、第二偏振分光棱镜(8)、第一耦合透镜(9)、倍频晶体模块(10)、第二反射镜(11)、第一双色镜(12)第一滤波片(13)、第三反射镜(14)、第二耦合透镜(15)、光学隔离器(16)、OPO模块(17)、第二双色镜(18)、第四反射镜(19)、第三控制模块(20)、第一光学吸收池(21)、第二光学吸收池(22)、导轨(23)、第三双色镜(24)、第五反射镜(25)、第二滤波片(26)、第三滤波片(27)和第四滤波片(28)。
基于图1所示，该实施例包括泵浦源，所述泵浦源发出的泵浦光可以受控分别由第一光路、第二光路、第三光路和第四光路自由切换输出。其中，第一光路依次包括第一控制模块(2)、第一电光晶体(3)、第一偏振分光棱镜(4)、第二控制模块(5)、第二电光晶体(6)、第二偏振分光棱镜(8)、第一双色镜(12)、第一滤波片(13)，所述第一控制模块和第二控制模块受控均不施加半波电压，所述泵浦光的偏振态不发生改变，所述泵浦光经过第一电光晶体后直接透过第一偏振分光棱镜、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一双色镜，以及与输出波长相对应的第一滤波片，输出第一种波长的激光。
参阅图1，在该系统中，泵浦源(1)发出的泵浦光经过第一电光晶体(3)时，如果第一控制模块(2)没有给第一电光晶体(3)施加半波电压，则泵浦光的偏振态不发生改变，直接透过第一偏振分光棱镜(4)，进入第二电光晶体(6)。此时，如果第二控制模块(5)未给第二电光晶体(6)施加半波电压，则泵浦光的偏振态仍然不发生改变，直接穿过第二偏振分光棱镜(8)，然后依次透过第一双色镜(12)和与输出波长相匹配的第一滤波片(13)，最终获得第一种波长激光输出。
第二光路依次包括第一控制模块(2)、第一电光晶体(3)、第一偏振分光棱镜(4)、第二控制模块(5)、第二电光晶体(6)、第二偏振分光棱镜(8)、第一反射镜(7)、第一耦合透镜(9)、倍频晶体模块(10)、第二反射镜(11)、第一双色镜(12)、第二滤光片(26)，所述第一控制模块受控不施加半波电压，所述第二控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体后直接透过第一偏振分光棱镜，经过所述第二电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第二偏振分光棱镜反射，再被第一反射镜反射，经过第一耦合透镜调整束腰大小，注入到倍频晶体模块，所述倍频模块输出后被第二反射镜和第一双色镜反射，再经过对应波长的第二滤光片，输出第二种波长的激光。这里经过倍频晶体模块，输出的激光的频率是输入的激光频率的二倍，对应输出波长是输入波长的一半，因此，通常第二种波长是第一种波长的一半。
参阅图1，系统中泵浦源(1)发出的泵浦光经过第一电光晶体(3)时，如果第一控制模块(2)没有给第一电光晶体(3)施加半波电压，则泵浦光的偏振态不发生改变，直接透过第一偏振分光棱镜(4)，进入第二电光晶体(6)。此时，如果第二控制模块(5)给第二电光晶体(6)施加半波电压，则泵浦光的偏振态发生改变，偏振方向旋转90°，泵浦光被第二偏振分光棱镜(8)反射，再被第一反射镜(7)反射，然后经过第一耦合透镜(9)调整束腰大小，注入到倍频晶体模块(10)。倍频晶体模块(10)输出的激光，被第二反射镜(11)和第一双色镜(12)反射，再经过相应波长的第二滤光片(26)净化光束，获得第二种波长的激光输出。其中，第一耦合透镜的束腰大小和倍频晶体模块的尺寸相关，直接决定了倍频晶体模块转换效率和输出功率。图1中显示第一滤波片(13)和第二滤光片(26)可以在切换时，根据输出的激光波长不同而分别放置在虚线框标示的位置。
第三光路依次包括第一控制模块(2)、第一电光晶体(3)、第一偏振分光棱镜(4)、第三反射镜(14)、第二耦合透镜(15)、光学隔离器(16)、OPO模块(17)、第二双色镜(18)、第三控制模块(20)、可控光吸收装置、第三双色镜(24)、第三滤波片(27)，所述第一控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第一偏振分光棱镜反射，再被第三反射镜反射，经过第二耦合透镜调整束腰大小，再通过光学隔离器后，注入到OPO模块，OPO模块实现激光非线性频率变换，例如可以把1.064微米泵浦光转换为1.679微米激光和2.907微米激光。进一步的，通常把OPO模块产生的波长较短的激光，比如1.679微米激光称为信号光，把波长较长的激光，比如2.907微米激光称为闲频光，两种激光合称为参量光。所述OPO模块输出的激光经过第二双色镜分光为信号光和闲频光两部分，第三控制模块控制可控光吸收装置使得闲频光被吸收，而信号光通过，并透过第三双色镜，再经过对应波长的第三滤波片，输出第三种波长的激光。其中，第二耦合透镜的束腰大小和OPO模块中的晶体尺寸相关，直接决定了OPO模块转换效率和输出功率。
这里，可控光吸收装置包括设置在导轨(23)上可受控移动的第一光学吸收池(21)和第二光学吸收池(22)，所述第一光学吸收池对应吸收所述信号光，所述第二光学吸收池对应吸收所述闲频光。
参阅图1和图2，系统中泵浦源(1)发出的泵浦光经过第一电光晶体(3)时，如果第一控制模块(2)给第一电光晶体(3)施加半波电压，则泵浦光的偏振态发生改变，泵浦光被第一偏振分光棱镜(4)反射，再被第三反射镜(14)反射，经过第二耦合透镜(15)调整束腰大小，再通过光学隔离器(16)后，注入到OPO(17)模块。这里，光学隔离器的作用是激光单向传输，避免激光被后端镜片反射回泵浦源，对泵浦源造成损伤。OPO模块(17)输出的参量光经过第二双色镜(18)分光，参量光被分为信号光(29)和闲频光(30)两部分。此时，导轨(23)上的光学吸收池分布如图2所示。第三控制模块(20)不施加程控指令，吸收池处于初始放置状态。第一光学吸收池(21)处于导轨(20)上的中部，第二光学吸收池(22)处于导轨(20)的下方，即闲频光光路上。被第四反射镜(19)反射后进入第二吸收池(22)的闲频光(30)被全部吸收，而信号光(29)则顺利透过第三双色镜(24)和信号光(29)相对应波长的第三滤波片(27)，成为第三种波长的激光。
第四光路依次包括第一控制模块(2)、第一电光晶体(3)、第一偏振分光棱镜(4)、第三反射镜(14)、第二耦合透镜(15)、光学隔离器(16)、OPO模块(17)、第二双色镜(18)、第三控制模块(20)、可控光吸收装置、第四反射镜(19)、第五反射镜(25)、第三双色镜(24)、第四滤波片(28)，所述第一控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第一偏振分光棱镜反射，再被第三反射镜反射，经过第二耦合透镜调整束腰大小，再通过光学隔离器后，注入到OPO模块，所述OPO模块输出的激光经过第二双色镜分光为信号光和闲频光两部分，第三控制模块控制可控光吸收装置使得信号光被吸收，而闲频光依次被第四反射镜、第五反射镜和第三双色镜反射，再经过对应波长的第四滤波片，输出第四种波长的激光。
参阅图1和图3，系统中泵浦源(1)发出的泵浦光经过第一电光晶体(3)时，如果第一控制模块(2)给第一电光晶体(3)施加半波电压，则泵浦光的偏振态发生改变，泵浦光被第一偏振分光棱镜(4)反射，再被第三反射镜(14)反射，经过第二耦合透镜(15)调整束腰大小，再通过光学隔离器(16)后，注入到OPO(17)模块。OPO模块(17)输出的参量光经过第二双色镜(18)分光，参量光被分为信号光(29)和闲频光(30)两部分。然后第三控制模块(20)发出程控指令，两个光学吸收池同步发生定量移动，分布如图3所示。此时，第一光学吸收池(21)处于导轨(20)上的上方(31)，即信号光光路上，第二光学吸收池(22)处于导轨(20)的中部(32)。信号光(29)被第一吸收池(21)全部吸收，而闲频光(30)则依次被第四反射镜(19)、第五反射镜(25)和第三双色镜(24)反射，最终通过第四滤波片(28)进行光束净化后输出，即系统获得第四种波长的激光输出。
优选的，所述激光系统包含两个出光口，并且这个两个出光口的光轴平行。其中，第一出光口对应输出第一种波长的激光或第二种波长的激光，第二出光口对应输出第三种波长的激光或第四种波长的激光。
结合上述说明，可以看出，本发明激光系统共有三个波长切换单元。第一切换单元包括第一控制模块(2)、第一电光晶体(3)和第一偏振分光棱镜(4)；第二切换单元包括第二控制模块(5)、第二电光晶体(6)和第二偏振分光棱镜(8)；第三切换单元包括第三控制模块(20)、导轨(23)、第一光学吸收池(21)和第二光学吸收池(22)，其中两个光学吸收池连接在一起，接收程控指令后在导轨上定量滑动。第一切换单元和第二切换单元采用非机械式激光波长切换技术，通过改变激光偏振态来控制光束的传输方向，达到切换目标。第三切换单元采用机械式切换技术，第三控制模块(20)发送程控指令给附带驱动装置的光学吸收池(21)和(22)，在导轨(23)上定量移动，实现切换，切换时间在毫秒量级，例如10ms的切换时长。
参阅图1、图2和图3，四种激光波长之间的逆向或任意切换通过控制三个切换单元实现。举例说明如下：假设激光系统当前以第二种激光波长输出，要求切换到第四种波长输出。操作方式为：首先给第一切换单元施加半波电压，泵浦光注入到OPO模块。然后第三切换单元控制光学吸收池处于图3分布状态，就可以得到第四种波长激光输出。第一、第二种波长之间的切换，第三、第四种波长之间的切换相对简单，通过反向操作就可以实现相互切换。
优选的，参阅图4，在第三切换单元中，信号光(29)和闲频光(30)组成的平面与导轨(23)的平面平行，并且与导轨右边线和两个光学吸收池垂直切面组成的平面垂直，确保光束垂直射入光学吸收池。光学吸收池为正方形结构，边长4cm，光束入口为圆形结构，直径2cm，正对着光束入射方向。两个光学吸收池固定在一起，接收程控指令在导轨上移动。光学吸收池的初始位置就是信号光输出时的放置状态。当需要闲频光输出时，吸收池延导轨正向移动5cm即可。当再次切换到信号光输出时，吸收池反向移动5cm回到初始位置。导轨(20)的长度为18cm，至少大于4倍光学吸收池的长度值。
优选的，本发明激光系统的泵浦源(1)采用MOPA结构的Nd：YAG激光器，种子光经过两级放大得到中心波长1.064μm，平均功率21W，脉宽100ns，重复频率10kHz，光束质量因子小于1.3，功率输出不稳定性优于2％的线偏激光输出。通过控制放大级上的电压可以调节输出功率大小。
优选的，本发明激光系统中，第一电光晶体(3)和第一电光晶体(6)选用相同尺寸的KD*P晶体，切换速度约为纳秒量级。
优选的，第一反射镜(7)、第二反射镜(11)和第三反射镜(14)与光路成45°放置，镀有1.064μm光的高反膜。第一耦合透镜(9)和第二耦合透镜(15)为单透镜或透镜组，与水平光路垂直放置，镀有1.064μm光的高透膜。第一双色镜(12)与水平光路成45°放置，对1.064μm的光高透，对0.532μm的光高反。第二双色镜(18)和第三双色镜(24)，与水平光路成45°放置，对1.679μm的光高透，对2.907μm的光高反。第四反射镜(19)和第五反射镜(25)与水平光路成45°放置，对2.907μm的光高反。上述反射镜、耦合透镜与双色镜的材料都为K9玻璃。
作为优选，第一滤波片(13)中心波长1064nm，半波带宽10nm；第二滤波片(26)中心波长532nm，半波带宽10nm；第三滤波片(27)，中心波长1700nm，半波带宽45nm；第四滤波片(28)为锗片，波长低于2000nm的激光难以透过。
优选的，本发明激光系统的倍频晶体模块，严格装调后固定在三维旋转基座上。放入光路后，通过微调使得经过光束耦合后的泵浦光沿着晶体中心透过，获得倍频光输出。作为优选，倍频晶体模块采用BBO晶体，TEC制冷，光光转换效率超过50％。
优选的，本发明激光系统的OPO模块结构和倍频晶体模块结构相同。作为优选，OPO模块中的晶体选用掺杂0.5at％MgO的PPLN，恒温炉采用TEC制冷技术，控温精度0.1°С。
图5为本发明激光系统输出的四种波长激光功率曲线。使用功率计和滤波片进行功能检查，在每种激光输出时，在相应滤波片后方功率计都可以测量到功率输出，说明本发明激光系统可以实现四种不同波长激光输出。从功率增长曲线来看，四种波长激光基本都呈现线性增长趋势，说明随着泵浦源功率的增大，输出功率还会相应增大。考虑到晶体和晶体表面镀膜的抗损伤阈值，泵浦源功率最高加到14W。图5中，倍频光0.532μm的绿光亮度很高，功率加到4W完成功能检查之后，没有继续增加。1.064μm激光除了传输损耗外，获得高效率输出。图5中的信号光的功率曲线，相比较闲频光功率曲线，效率明显较高。当泵浦功率增加到14W时，测得信号光与闲频光总功率为5.02W，总的光转换效率为35.9％。此处的功率的提升还可以通过增大PPLN晶体的体积和增大晶体中泵浦光功率密度来实现。
图6为激光系统的输出功率不稳定度曲线。在不同激光波长输出时，调节激光功率到稳定输出状态，每隔5分钟测量功率值一次，连续测量60分钟，绘制成输出功率不稳定度曲线。0.532μm和1.064μm两种激光输出功率不稳定度曲线是在低泵浦功率条件下测量的。依据固体激光技术的相关理论，光参量振荡器要获得最高的输出功率和转换效率，至少需要阈值以上4倍的泵浦功率，为了同时兼顾光束质量和稳定性，选择泵浦光功率为12W(阈值约为2W)作为测量点，监测了1.679μm和2.907μm两种波长激光的输出功率不稳定度曲线。由图6可知，四种波长激光都能够稳定输出，波动幅度比较小。另外还可以得到信号光和闲频光的输出功率不稳定度分别为1.2％和2％，倍频光和1.064μm的激光输出功率不稳定度均优于1％。
图7是本发明激光系统的泵浦光和第一种波长激光的光谱图。由图可知，泵浦光中心波长为1.064μm，在第一和第二波长切换单元未加半波电压时，泵浦光直接通过第一、第二切换单元和第一双色镜(12)输出，成为第一种波长激光，中心波长依旧为1.064μm。
图8是本发明激光系统的一种信号光光谱，即第三种波长激光，中心波长为1.679μm。
本发明激光系统累计开机运转超过100小时，每隔半小时波长切换一次，切换周期超过50次，均能正常运行。
由此可见，本发明公开了一种四波长自由切换激光系统。该系统包括泵浦源，泵浦源发出的泵浦光可以受控三个切换单元分别由第一光路、第二光路、第三光路和第四光路自由切换输出。其中，第一和第二切换单元采用非机械式激光波长切换技术，通过改变激光偏振态来控制光束的传输方向，达到切换目的，第三切换单元采用机械式切换技术，通过发送程控指令给附带驱动装置的光学吸收池在导轨上定量移动实现切换。该系统结构简单紧凑，使用维护方便，成本较低，有利于多波长激光源的自由切换输出。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种四波长自由切换激光系统，其特征在于，包括泵浦源，所述泵浦源发出的泵浦光可以受控分别由第一光路、第二光路、第三光路和第四光路自由切换输出；
其中，第一光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第二控制模块、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一双色镜、第一滤波片，所述第一控制模块和第二控制模块受控均不施加半波电压，所述泵浦光的偏振态不发生改变，所述泵浦光经过第一电光晶体后直接透过第一偏振分光棱镜、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一双色镜，以及与输出波长相对应的第一滤波片，输出第一种波长的激光；
第二光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第二控制模块、第二电光晶体、第二偏振分光棱镜、第一反射镜、第一耦合透镜、倍频晶体模块、第二反射镜、第一双色镜、第二滤光片，所述第一控制模块受控不施加半波电压，所述第二控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体后直接透过第一偏振分光棱镜，经过所述第二电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第二偏振分光棱镜反射，再被第一反射镜反射，经过第一耦合透镜调整束腰大小，注入到倍频晶体模块，所述倍频晶体模块输出后被第二反射镜和第一双色镜反射，再经过对应波长的第二滤光片，输出第二种波长的激光；
第三光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第三反射镜、第二耦合透镜、光学隔离器、OPO模块、第二双色镜、第三控制模块、可控光吸收装置、第三双色镜、第三滤波片，所述第一控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第一偏振分光棱镜反射，再被第三反射镜反射，经过第二耦合透镜调整束腰大小，再通过光学隔离器后，注入到OPO模块，所述OPO模块输出的激光经过第二双色镜分光为信号光和闲频光两部分，第三控制模块控制可控光吸收装置使得闲频光被吸收，而信号光通过，并透过第三双色镜，再经过对应波长的第三滤波片，输出第三种波长的激光；
第四光路依次包括第一控制模块、第一电光晶体、第一偏振分光棱镜、第三反射镜、第二耦合透镜、光学隔离器、OPO模块、第二双色镜、第三控制模块、可控光吸收装置、第四反射镜、第五反射镜、第三双色镜、第四滤波片，所述第一控制模块受控施加半波电压，所述泵浦光经过第一电光晶体时，所述泵浦光的偏振方向旋转90°，被所述第一偏振分光棱镜反射，再被第三反射镜反射，经过第二耦合透镜调整束腰大小，再通过光学隔离器后，注入到OPO模块，所述OPO模块输出的激光经过第二双色镜分光为信号光和闲频光两部分，第三控制模块控制可控光吸收装置使得信号光被吸收，而闲频光依次被第四反射镜、第五反射镜和第三双色镜反射，再经过对应波长的第四滤波片，输出第四种波长的激光。
2.根据权利要求1所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，可控光吸收装置包括设置在导轨上可受控移动的第一光学吸收池和第二光学吸收池，所述第一光学吸收池对应吸收所述信号光，所述第二光学吸收池对应吸收所述闲频光。
3.根据权利要求2所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，所述四波长自由切换激光系统包括两个出光口，其中，第一出光口对应输出第一种波长的激光或第二种波长的激光，第二出光口对应输出第三种波长的激光或第四种波长的激光，并且第一出光口和第二出光口的光轴平行。
4.根据权利要求3所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，所述四波长自由切换激光系统包括第一切换单元，对应包括所述第一控制模块、第一电光晶体和第一偏振分光棱镜。
5.根据权利要求4所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，所述四波长自由切换激光系统包括第二切换单元，对应包括所述第二控制模块、第二电光晶体和第二偏振分光棱镜。
6.根据权利要求5所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，所述四波长自由切换激光系统包括第三切换单元，对应包括所述第三控制模块、导轨、第一光学吸收池和第二光学吸收池。
7.根据权利要求6所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，在所述第三切换单元中，所述信号光和闲频光组成的平面与导轨所在的平面平行，并且与所述导轨右边线、第一光学吸收池和第二光学吸收池垂直切面组成的平面垂直；第一光学吸收池和第二光学吸收池均为正方形，边长4cm，光束入口为圆形，直径2cm，正对着光束入射方向；第一光学吸收池和第二光学吸收池固定在一起，初始位置是信号光输出时对应的位置，当需要闲频光输出时，接收程控指令在沿导轨正向移动5cm，当再次切换到信号光输出时，反向移动5cm回到初始位置。
8.根据权利要求7所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，所述第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜与水平光路成45°设置，均镀有1.064μm光的高反膜；所述第一耦合透镜和第二耦合透镜为单透镜或透镜组，与水平光路垂直设置，镀有1.064μm光的高透膜；所述第一双色镜与水平光路成45°设置，对1.064μm的光高透，对0.532μm的光高反；所述第二双色镜和第三双色镜，与水平光路成45°设置，对1.679μm的光高透，对2.907μm的光高反；所述第四反射镜和第五反射镜与水平光路成45°设置，对2.907μm的光高反。
9.根据权利要求7所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，第一滤波片中心波长1064nm，半波带宽10nm；第二滤波片中心波长532nm，半波带宽10nm；第三滤波片中心波长1700nm，半波带宽45nm；第四滤波片为锗片，透光范围为2μm～12μm，波长低于2μm的激光被反射或吸收。
10.根据权利要求9所述的四波长自由切换激光系统，其特征在于，第一种波长为1.064μm，第二种波长为0.532μm、第三种波长为1.679μm、第四种波长为2.907μm。
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