CN111525388A - 一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调q激光器 - Google Patents

一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调q激光器 Download PDF

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王能东
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崔家珮
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Abstract

本发明提供了一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，包括：控制模块、电源模块、激光模块和光学系统；控制模块包括信息处理器、出光探测器和探测器雪崩光电二极管；控制模块分别连接电源模块和激光模块；电源模块分别连接控制模块和泵浦模块；光学系统包括发射光学系统和接收光学系统；出光探测器采集激光模块发射的经发射光学系统压缩后射向被测目标的激光，并将激光整形后传递至信息处理器并启动计时；接收光学系统将从被测目标发射的激光会聚至探测器雪崩光电二极管，雪崩光电二极管输出的回波信号经放大整形后送信息处理器并停止计时。

Description

一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域，具体涉及一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器。
背景技术
半导体激光器泵浦的全固态激光器因其具有窄脉宽，高峰值功率而广泛应用于激光测距领域。现有的用于激光测距的激光器中的中用于泵浦一般为边发射半导体激光器(Edge Emitting Laser，EEL)，发光区域面积小，功率密度大，而发射光谱对温度变化较为敏感，发射中心波长随温度改变一般为0.3nm/℃。用于吸收泵浦激光，产生谐振激光的增益介质对不同波长的激光吸收系数变化很大。在使用普通的边发射激光器作为泵浦源时，为了获得稳定的输出，往往需要使用半导体制冷器或者水冷等主动方式对泵浦源温度进行精确的控制，这样一来增加了整机的体积、重量和功耗，也使得整机的可靠性也大大降低。
与边发射半导体激光器相比，垂直腔面发射半导体激光器(Vertical－cavitysurface－emitting laser，VCSEL)具有成本低，可靠性高，可在宽温度范围内使用，发射谱宽极小，且发射的光束为小发散角的均匀分布的圆形光束等优点。尤其是VCSEL的发射光谱中心对温度的敏感性较弱，发射光谱中心波长随温度漂移的系数仅为0.07nm/℃。用作Nd：YAG晶体泵浦源时，相对于边发射激光器，对温度控制的要求可大大降低，可以在没有主动温控的情况下实现稳定激光输出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种可以在没有主动温控的情况下实现稳定激光输出的高效运行的调Q激光器。
本发明，提供了一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，包括：控制模块、电源模块、激光模块和光学系统；控制模块包括信息处理器、出光探测器和探测器雪崩光电二极管；控制模块分别连接电源模块和激光模块；电源模块分别连接控制模块和泵浦模块；光学系统包括发射光学系统和接收光学系统；出光探测器采集激光模块发射的经发射光学系统压缩后射向被测目标的激光，并将激光整形后传递至信息处理器并启动计时；接收光学系统将从被测目标发射的激光会聚至探测器雪崩光电二极管，雪崩光电二极管输出的回波信号经放大整形后送信息处理器并停止计时。
优选地，激光模块包括全反镜、泵浦模块、调Q模块和输出镜。
优选地，所述泵浦模块包括工作物质和VCSEL泵浦源，工作物质在VCSEL泵浦源的激励下产生无规则的偏振光。
优选地，所述调Q模块包括起偏器、1/4波片和调Q晶体，而且起偏器、1/4波片和调Q晶体依次布置，使得工作物质在VCSEL泵浦源的激励下产生的无规则的偏振光，在通过起偏器变为线偏振光后，通过1/4波片和调Q晶体入射至全反镜，并经全反镜反射之后通过调Q晶体和1/4波片，反向光线再次通过起偏器。
优选地，工作物质是Nd：YAG。
优选地，起偏器是薄膜偏振分光棱镜。
优选地，调Q晶体是铌酸锂(LN)晶体。
优选地，所述调Q模块包括调Q晶体。
优选地，调Q晶体是Cr4+：YAG晶体。
本发明提供了一种无温度控制的全固态激光测距仪，可以在没有主动温控的情况下实现稳定激光输出的全固态激光测距仪，这种新型的全固态激光测距仪能量稳定，能够适应多种环境。
本发明电光调Q激光器可在全温区(-40℃-60℃)范围稳定工作，能量稳定能够适应多种环境。而且，本发明避免了外界环境温度改变引起的腔内晶体、起偏器、检偏器、全反镜和输出镜及其支撑件的形变，激光器能量输出将更加稳定。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明第一优选实施例的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器的结构示意图。
图2示意性地示出了根据本发明第二优选实施例的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器的结构示意图。
附图说明：
101-信息处理器、102-出光探测器；103-探测器雪崩光电二极管；200-电源模块；301-全反镜；302-泵浦模块；3021-工作物质；3022-VCSEL泵浦源；303-调Q模块；3031-起偏器；3032-1/4波片；3033-调Q晶体；304-输出镜；401-发射光学系统；402-接收光学系统。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明第一优选实施例的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器的结构示意图。
如图1所示，根据本发明第一优选实施例的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器包括：控制模块、电源模块200、激光模块和光学系统；控制模块包括信息处理器101、出光探测器102和探测器雪崩光电二极管103；激光模块包括全反镜301、泵浦模块302、调Q模块303和输出镜304；控制模块分别连接电源模块和激光模块；电源模块200分别连接控制模块和泵浦模块302。
例如，光学系统包括发射光学系统401和接收光学系统402。
具体地，所述泵浦模块302包括工作物质3021和VCSEL泵浦源3022，工作物质3021在VCSEL泵浦源3022的激励下产生无规则的偏振光。
更具体地，所述调Q模块303包括起偏器3031、1/4波片3032和调Q晶体3033，而且起偏器3031、1/4波片3032和调Q晶体3033依次布置，使得工作物质3021在VCSEL泵浦源3022的激励下产生的无规则的偏振光，在通过起偏器3031变为线偏振光后，通过1/4波片3032和调Q晶体3033入射至全反镜304，并经全反镜304反射之后通过调Q晶体3033和1/4波片3032，反向光线再次通过起偏器3031。
当瞬间退除调Q晶体3033的电压，则偏振光不能通过起偏器3031，通过控制泵浦模块302触发和电光开关动作，达到调Q而产生巨脉冲的目的。
在优选示例中，例如，工作物质3021是Nd：YAG，起偏器3031是薄膜偏振分光棱镜，调Q晶体3033是铌酸锂(LN)晶体。
激光器输出的激光束经发射光学系统401压缩后射向被测目标，同时出光探测器102采集到激光经过整形送信息处理器101，启动计数器计时。由目标反射回来的激光经过接收光学系统402会聚到探测器雪崩光电二极管103上，雪崩光电二极管103输出的回波信号经放大整形后送信息处理器101，关闭计数器。信息处理器在完成计数后，可以计算出距离信息。整个过程工作90s，休息60s，连续工作4个循环，出光频率5Hz。
图2示意性地示出了根据本发明第二优选实施例的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器的结构示意图。
如图2所示，在本发明第二优选实施例中，所述调Q模块仅仅包括调Q晶体。
此时，工作物质3021(如Nd：YAG)在VCSEL泵浦源3022的激励下产生无规则的偏振光，激光器开始泵浦，此时腔内光强还很弱，故而被动调Q晶体3033(如Cr4+：YAG晶体)对该激光波长的光有强烈吸收作用，腔内损耗很大，Q值很低，不能形成激光。随着泵浦的继续，也稳态粒子数得以积累，腔内的光强也要增强，而被动调Q晶体3033(如Cr4+：YAG晶体)也会逐渐被漂白。当漂白到一定程度，Q值达到一定数值时，被动调Q晶体3033(如Cr4+：YAG晶体)已处于开启状态，这时激光器就会给出一个强的激光脉冲。
激光器输出的激光束经发射光学系统401压缩后射向被测目标，同时出光探测器102采集到激光经过整形送信息处理器101，启动计数器计时。由目标反射回来的激光经过接收光学系统402会聚到探测器雪崩光电二极管103上，雪崩光电二极管103输出的回波信号经放大整形后送信息处理器101，关闭计数器。信息处理器在完成计数后，可以计算出距离信息。整个过程工作90s，休息60s，连续工作4个循环，出光频率5Hz。
本发明电光调Q激光器可在全温区(-40℃-60℃)范围稳定工作，能量稳定能够适应多种环境。而且，本发明避免了外界环境温度改变引起的腔内晶体、起偏器、检偏器、全反镜和输出镜及其支撑件的形变，激光器能量输出将更加稳定。
需要说明的是，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于包括：控制模块、电源模块、激光模块和光学系统；控制模块包括信息处理器、出光探测器和探测器雪崩光电二极管；控制模块分别连接电源模块和激光模块；电源模块分别连接控制模块和泵浦模块；光学系统包括发射光学系统和接收光学系统；出光探测器采集激光模块发射的经发射光学系统压缩后射向被测目标的激光，并将激光整形后传递至信息处理器并启动计时；接收光学系统将从被测目标发射的激光会聚至探测器雪崩光电二极管，雪崩光电二极管输出的回波信号经放大整形后送信息处理器并停止计时。
2.根据权利要求1所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，激光模块包括全反镜、泵浦模块、调Q模块和输出镜。
3.根据权利要求1或2所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，所述泵浦模块包括工作物质和VCSEL泵浦源，工作物质在VCSEL泵浦源的激励下产生无规则的偏振光。
4.根据权利要求3所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，所述调Q模块包括起偏器、1/4波片和调Q晶体，而且起偏器、1/4波片和调Q晶体依次布置，使得工作物质在VCSEL泵浦源的激励下产生的无规则的偏振光，在通过起偏器变为线偏振光后，通过1/4波片和调Q晶体入射至全反镜，并经全反镜反射之后通过调Q晶体和1/4波片，反向光线再次通过起偏器。
5.根据权利要求1或2所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，工作物质是Nd：YAG。
6.根据权利要求1或2所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，起偏器是薄膜偏振分光棱镜。
7.根据权利要求1或2所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，调Q晶体是铌酸锂(LN)晶体。
8.根据权利要求3所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，所述调Q模块包括调Q晶体。
9.根据权利要求1或2所述的用于激光测距的无温控宽温区高效运行的调Q激光器，其特征在于，调Q晶体是Cr4+：YAG晶体。
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