CN1103737A - 双波长可选择输出相干光源 - Google Patents

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双波长可选择输出的相干光源是一种实用化 1.3μm和1.52μm双波长可选择输出的He-Ne激光 器，由光学谐振腔和放电管构成，放电管中充气压强 P和毛细管直径d的乘积为15～55乇·mm，气压配比为PHe∶PNe=9∶1～40∶1，全反镜和输出镜的带宽为1.15～1.7μm，全反镜采用三种透过率不同可更换的全反镜A、B、C构成，可用于光纤通信、近红外光电检测和光纤波分复用实验仪器，具有性能稳定，使用方便可靠和价格便宜等优点。

Description

本发明是一种实用化1.3μm和1.52μm双波长可选择输出的相干光源，它是Ne原子2S5→2P4（1.2912μm）和Ne原子2S2→2P1（1.5231μm）两能级间受激辐射而产生的He-Ne激光，属于近红外气体激光器技术领域。
早在1964年Zitter（兹特）等人用10米长的谐振腔进行氖（Ne）原子光谱研究时，曾得到过Ne原子2S→2P的40种能级跃迁谱线中的部分谱线振荡，其中包含1.2912μm（简称1.3μm）和1.5231μm（简称1.52μm）谱线的微弱振荡（Zitter.R.N，J.Appl.Phys，35，3070，1964）。但是，这些谱线混杂在一起，而且振荡微弱，不能根据需要做成可选择输出的实用性激光器。1984年美国Melles    Griot（麦勒·奎奥）公司（LaSer    F-ocus    World    1989.Vol.25，No，12）和中国东南大学分别研究成功实用化的1.52μm        He-Ne激光器（CN85201296）。这种单谱线输出的激光器，虽在功率上能达到实用要求，但它不能实现1.3μm的激光输出，更不能实现1.3μm和1.52μm双波长的可选择激光输出。
本发明的目的在于针对现有技术的不足，研制一种实用化的1.3μm和1.52μm双波长可选择输出的近红外气体激光器新品种，作为性能稳定、使用方便可靠、价格便宜的相干光源。
本发明由光学谐振腔和放电管组成，其特点在于全反镜采用三种透过率不同可更换的全反镜A、B、C构成，可根据输出不同谱线的要求进行更换，全反镜和输出镜的带宽为1.15μm～1.7μm，放电管中充气压强P和毛细管直径d的乘积Pd＝15～55乇·mm，He、Ne气体压强配比为PHe∶PNe＝9∶1～40∶1。为了使一个激光器既能输出1.3μm激光，又能输出1.52μm激光，还能同时输出1.3μm和1.52μm激光，输出镜的透过率T2可为：1.15μm处T2（1.15）≥60%，1.3μm处T2（1.3）＝（1.5～4）%，1.52μm处T2（1.52）＝（1.5～2.5）%，1.7μm处T2（1.7）≥40%;如果只需要输出1.3μm激光，则输出镜的透过率T2可为：T2（1.15）≥60%，T2（1.3）＝（1.5～4）%，T2（1.52）≥20%，T2（1.7）≥40%，对于只需要输出1.52μm激光的，则输出镜透过率T2为：T2（1.15）≥60%，T2（1.3）≥10%，T2（1.52）＝（1.5～2.5）%，T2（1.7）≥40%。全反镜根据输出不同谱线的要求，可采用透过率不同的全反镜，但带宽均可为1.15～1.7μm。对于输出1.3μm激光的全反镜A，其透过率T1可为：T1（1.15）≥30%，T1（1.3）＝0～0.3%，T1（1.52）≥5%，T1（1.7）≥20%;对于输出1.52μm激光的全反镜B，其透过率T1可为：T1（1.15）≥30%，T1（1.3）≥5%，T1（1.52）＝0～0.2%，T1（1.7）≥20%;对于能同时输出1.3μm和1.52μm激光的全反镜C，其透过率T1可为：T1（1.15）≥30%，T1（1.3）＝0～0.3%，T1（1.52）＝0～0.2%，T1（1.7）≥20%。
本发明由于既能输出1.3μm或1.52μm的单谱线，又可以同时输出1.3μm和1.52μm的双谱线，并可以根据需要选择不同波长的激光输出，因而可以代替三种激光器使用，可用于光纤通信、近红外光电检测和光纤波分复用实验仪器，具有性能稳定、使用方便可靠和价格便宜等优点。
图1为发明实施例的结构示意图。
本发明可采用以下实施例的方案实现。He-Ne气体激光器可采用图1所示的结构，（1）为光耦合调节器;全反镜（2）采用三种不同透过率的全反镜A、B、C，它根据输出不同波长激光的要求进行更换;（3）为布氏窗;（4）为阳极;（5）为放电管;（6）为石英管壳;（7）为阴极;（8）为输出镜;ZrAl为锆铝材料制成的吸气剂。为了满足对激光器两种输出波长不同强度上的需要，可通过调节全反镜的光耦合，控制1.3μm和1.52μm谱线的相对振荡强度。
实施例1：一种输出1.3μm激光的He-Ne气体激光器，放电管（5）的内直径d可取（1.2～2）mm（例如为2mm），Pd＝（20～50）乇·mm（例如取50乇·mm），谐振控长度可取250～500mm（例如取500mm），全反镜A的曲率半径R＝500～1000mm（例如取1000mm），全反镜带宽为1.15～1.7μm，透过率T1（1.15）≥30%，T1（1.3）＝0～0.3%，T1（1.52）≥5%，T1（1.7）≥20%，PHe∶PNe＝12∶1～40∶1，（例如取30∶1），输出镜的透过率T2（1.15）≥60%，T2（1.3）＝（1.5～4）%，T2（1.52）≥20%，T2（1.7）≥40%，输出镜的带宽为1.15～1.7mm，工作电流可为（1.5～4.5）mA，最佳为（1.5～3.5）mA（例如取3mA），激光器输出基横模（TEM00）单纵模功率可达到（1～5）mw，光谱线宽可小于50KHz。为了增大激光器的输出功率，可选取腔长较长（例如取1米）的外腔结构，并可以在放电毛细管外施加（50～100）高斯的轴向直流磁场。由于塞曼（Zee    man）效应，1.2912μm谱线产生分裂，在左旋和右旋两均匀增宽曲线的交点处及其附近产生振荡的光，通过布氏窗（3）可获得10mw的自稳频单频线偏振输出。如果选取腔长为250mm～500mm的激光器，可在谐振腔的一端加压电陶瓷（PZT），从而做成带伺服控制系统的1.3μm稳频激光器。当Pd＜25乇·mm时，激光器可输出多纵模激光。
实施例2：一种可同时输出1.3μm和1.52μm激光的相干光源，Pd＝（15～55）乇·mm，最佳为（18～20）乇·mm（例如取20乇·mm）;PHe∶PNe＝9∶1～40∶1;最佳为12∶1～14∶1（例如取14∶1）;全反镜C的带宽为1.15～1.7μm，透过率T1（1.15）≥30%，T1（1.3）＝0～0.3%，T1（1.52）＝0～0.2%，T1（1.7）≥20%;输出镜的带宽为1.15～1.7μm，透过率T2（1.15）≥60%，T2（1.3）＝（1.5～4）%，T2（1.52）＝（1.5～2.5）%，T2（1.7）≥40%，在腔长为350～500mm时（例如取450mm），工作电流为1.5～4.5mA，最佳为2.5～3.5mA（例如取3mA），可得到TEM00多纵横，输出1.3μm和1.52μm双谱线功率大于2mw，两谱线强度比为P（1.3）∶P（1.52）＝6∶5，为了控制1.3μm和1.52μm谱线的相对振荡强度，可利用调节全反镜的光耦合来实现。若将全反镜C换成全反镜A，调节工作电流，可得到输出功率大于1.5mw的1.3μm单谱线激光;若将全反镜换成B，调节工作电流，可得到输出功率大于1mw的1，52μm单谱线激光。若取腔长为250～300mm（例如取300mm），可得到TEM00单纵模，输出1.3μm激光的功率为0.6mw，1.52μm激光的功率为0.5mw，1.3μm和1.52μm双谱线激光功率为0.8mw。
实施例3：一种1.52μmHe-Ne气体激光器，Pd＝15～22乇·mm，PHe∶PNe＝9∶1～15∶1，全反镜B的带宽为1.15～1.7μm，透过率T1（1.15）≥30%，T1（1.3）≥5%，T1（1.52）＝0～0.2%，T1（1.7）≥20%;输出镜的带宽为1.15～1.7μm，透过率T2（1.15）≥60%，T2（1.3）≥10%，T2（1.52）＝（1.5～2.5）%，T2（1.7）≥40%;工作电流为（2.5～4.5）mA。
为了提高激光器的输出功率，采用同位素He3-Ne20代替自然He-Ne，在其他条件不变的情况下，可使输出功率提高30%以上。

Claims (6)

1、一种1.3μm和1.52μm双波长可选择输出相干光源，由光学谐振腔和放电管组成，其特征在于全反镜采用三种透过率不同可更换的全反镜A、B、C构成，全反镜和输出镜的带宽为1.15μm～1.7μm，放电管中充气压强P和毛细管直径d的乘积Pd=15～55乇·mm，He、Ne气体压强配比为PHe∶PNe=9∶1～40∶1。
2、根据权利要求1所述的双波长可选择输出相干光源，其特征在于输出镜的透过率T2在1.15μm处T2（1.15）≥60%，1.3μm处T2（1.3）＝（1.5～4）%，1.52μm处T2（1.52）＝（1.5～2.5）%，1.7μm处T2（1.7）≥40%。
3、根据权利要求1所述的双波长可选择输出相干光源，其特征在于全反镜A的透过率T1为：T1（1.15）≥30%，T1（1.3）＝0～0.3%，T1（1.52）≥5%，T1（1.7）≥20%;全反镜B的透过率T1为：T1（1.15）≥30%，T1（1.3）≥5%，T1（1.52）＝0～0.2%，T1（1.7）≥20%;全反镜C的透过率T1为：T1（1.15）≥30%，T1（1.3）＝0～0.3%，T1（1.52）＝0～0.2%，T1（1.7）≥20%。
4、根据权利要求1，2或3所述的双波长可选择输出相干光源，其特征在于Pd＝（18～20）乇·mm，PHe∶PNe＝12∶1～14∶1。
5、根据权利要求1，2或3所述的双波长可选择输出相干光源，工作电流为（1.5～4.5）mA，最佳为（2.5～3.5）mA。
6、根据权利要求1，2或3所述的双波长可选择输出相干光源，放电管的工作气体为同位素He3-Ne20。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100458407C (zh) * 2006-03-10 2009-02-04 天津大学 全固态双波长探测激光雷达

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