CN112290360A - 一种双波长自由控制输出激光器 - Google Patents

一种双波长自由控制输出激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双波长自由控制输出激光器，包括单激光增益泵浦模块，还包括第一波长全反射镜、第一波长控制开关、第二波长全反射镜、第二波长控制开关、分色镜和输出耦合镜，本发明通过分色镜、第一波长控制开关和第二波长控制开关实现两个不同波长的激光输出。通过第一波长控制开关和第二波长控制开关，可以控制双波长的输出时序，并能够实现连续或脉冲输出。结构简单，可靠性高，适用于非线性频率转换等应用领域。

Description

一种双波长自由控制输出激光器
技术领域
本发明涉及激光技术领域，更具体涉及一种双波长自由控制输出激光器。
背景技术
双波长激光在非线性频率变换、军事对抗以及激光雷达等领域有着重要且广泛的应用前景，已经成为激光技术重要的研究方向。
目前双波长激光自由控制输出的方法，主要有以下三种实现方式：一种实现方式是采用公用谐振腔，并在腔内布置两个增益介质模块，通过电控方式分别泵浦每一增益介质，从而实现双波长交替输出，这种方式因为采用两个增益介质和泵浦模块，大幅增加成本，且体积大，不便使用；二是采用固定频率的激光器基频光及其频率变换光输出，这种方式通常工作在两个波长交替输出状态，且频率变换光的输出功率(能量)较基频光要低得多，在应用上会有一定的限制；三是基于单激光介质发射谱的两个发射峰，通过谐振腔镀膜，抑制强谱线激光，使激光器谐振腔内双波长损耗近似一致，从而实现双波长同时输出。对应于第三中方法的激光介质有很多种，如Nd3+:YAG、Nd3+:YVO4等掺Nd3+激光介质，因Nd3+不同发射峰的受激发射截面积差异较大，不易实现双波长工作状态的自由控制和稳定输出，对于需要控制双波长输出功率(能量)比值以及双波长分时输出等使用场合，该方法难以满足要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种双波长自由控制输出激光器。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种双波长自由控制输出激光器，包括单激光增益泵浦模块，还包括第一波长全反射镜、第一波长控制开关、第二波长全反射镜、第二波长控制开关、分色镜和输出耦合镜，
第一波长全反射镜、第一波长控制开关、分色镜、单激光增益泵浦模块和输出耦合镜依次分布在第一光轴上，第一波长全反射镜和第二波长全反射镜垂直于第一光轴，分色镜与第一光轴呈设定夹角，
经第一波长全反射镜反射的光通过第一波长控制开关后透射分色镜再入射单激光增益泵浦模块；
经第二波长全反射镜反射的光通过第二波长控制开关后经分色镜反射后平行第一光轴入射单激光增益泵浦模块。
如上所述的单激光增益泵浦模块包括泵浦源、激光增益晶体和散热器；
第一波长控制开关包括依次放置的第一偏振片、第一电光相位调制器和第二偏振片，第一偏振片和第二偏振片的偏振方向互相垂直；
第二波长控制开关包括依次放置的第三偏振片、第二电光相位调制器和第四偏振片；第三偏振片和第四偏振片的偏振方向互相垂直。
如上所述的第一波长全反射镜镀有第一波长的反射膜，第二波长全反射镜镀有第二波长的反射膜，分色镜镀有第一波长的增透膜和第二波长的反射膜，输出耦合镜分别镀有第一波长和第二波长的部分透过率膜，第一偏振片、第一电光相位调制器和第二偏振片分别镀有第一波长的增透膜，第三偏振片、第二电光相位调制器和第四偏振片分别镀有第二波长的增透膜。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明基于单激光增益泵浦模块的多个增益峰，通过分色镜、第一波长控制开关和第二波长控制开关实现两个不同波长的激光输出。通过第一波长控制开关和第二波长控制开关，可以控制双波长的输出时序，并能够实现连续或脉冲输出。结构简单，可靠性高，适用于非线性频率转换等应用领域。
附图说明
图1是实施例1的结构示意图；
图2是实施例2的结构示意图；
图3是本发明以长脉冲/连续模式工作的信号时序示意图；
图4是本发明以调Q模式工作的信号时序示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种双波长自由控制输出激光器，包括第一波长全反射镜1、第一波长控制开关2、第二波长全反射镜3、第二波长控制开关4、分色镜5、单激光增益泵浦模块6和输出耦合镜7。
第一波长为λ1波长；第二波长为λ2波长。
第一波长全反射镜1、第一波长控制开关2、分色镜5、单激光增益泵浦模块6和输出耦合镜7依次分布在第一光轴上，第一波长全反射镜1和输出耦合镜7垂直于第一光轴，分色镜5与第一光轴呈设定夹角，
经第一波长全反射镜1反射的光通过第一波长控制开关2后透射分色镜5再入射单激光增益泵浦模块6；
经第二波长全反射镜3反射的光通过第二波长控制开关4后经分色镜5反射后平行第一光轴入射单激光增益泵浦模块6。
第一波长全反射镜1、第一波长控制开关2、分色镜5、单激光增益泵浦模块6和输出耦合镜7构成第一波长的激光的谐振腔；
第二波长全反射镜3、第二波长控制开关4、分色镜5、单激光增益泵浦模块6和输出耦合镜7构成第二波长的激光的谐振腔；
第一波长激光和第二波长激光共用一个输出耦合镜7进行耦合输出。
实施例2：
一种双波长自由控制输出激光器，包括全反射镜11、单激光增益泵浦模块6、分色镜5、第一波长控制开关2、第一输出耦合镜9、第二波长控制开关4和第二输出耦合镜10。
第一波长为λ1波长；第二波长为λ2波长。
全反射镜11、单激光增益泵浦模块6、分色镜5、第一波长控制开关2和第一输出耦合镜9依次分布在第一光轴上。全反射镜11和第一输出耦合镜9垂直于第一光轴，分色镜5与第一光轴呈设定角度。
经全反射镜11反射的激光经过单激光增益泵浦模块6后，一部分透射分色镜5再经过第一波长控制开关2，最后经过第一输出耦合镜9耦合输出；另一部分经分色镜5反射后再经过第二波长控制开关4，最后经过第二输出耦合镜10耦合输出。
全反射镜11、单激光增益泵浦模块6、分色镜5、第一波长控制开关2和第一输出耦合镜9构成第一波长激光的谐振腔。
全反射镜11、单激光增益泵浦模块6、分色镜5、第二波长控制开关4和第二输出耦合镜10构成第二波长激光的谐振腔。
在实施例1和实施例2中，单激光增益泵浦模块6包括泵浦源61、激光增益晶体62和散热器。其中激光增益晶体62是掺杂Nd3+离子的激光晶体，如Nd3+:YAG、Nd3+:YVO4等，且激光增益晶体6双端镀制有第一波长和第二波长的增透膜；泵浦源61通过端面泵浦或者侧面泵浦方式为激光增益晶体提供泵浦光，使激光增益晶体产生粒子数反转；散热器给激光增益晶体和泵浦源提供定点温控。
第一波长控制开关2包括依次放置的第一偏振片21、第一电光相位调制器22和第二偏振片23；第一偏振片21和第二偏振片23的偏振方向互相垂直，第一电光相位调制器22采用1/2波电压工作。
第二波长控制开关4包括依次放置的第三偏振片41、第二电光相位调制器42和第四偏振片43；第三偏振片41和第四偏振片43的偏振方向互相垂直，第二电光相位调制器42采用1/2波电压工作。
第一波长控制开关2和第二波长控制开关4也可以是依次放置的偏振片、电光相位调制器和1/4波片，电光相位调制器采用1/4波电压工作。
激光电源8分别为单激光增益泵浦模块6中的泵浦源61和散热器提供泵浦电流和温控电流，激光电源8为第一电光相位调制器22和第二电光相位调制器42提供波长控制时序信号。
激光电源8具备输出脉冲或者连续的的泵浦电流的功能，激光电源8输出的波长控制时序信号的持续时间和重复频率均可调，实现泵浦电流和波长控制时序信号的同步。
实施例3
一种双波长激光可控输出方法，利用实施例1中记载的一种双波长自由控制输出激光器，包括以下步骤：
激光电源8对泵浦源61进行供电，激光电源8进行第一波长选择并将第一波长选择信号输入到第一电光相位调制器22，经第一电光相位调制器22调制后生成相应时序的第一波长激光；激光电源8进行第二波长选择并将第二波长选择信号输入到第二电光相位调制器42，经过第二电光相位调制器42调制后生成相应时序的第二波长激光。
激光电源8周期性重复将第一波长选择信号输入到第一电光相位调制器22，激光电源8周期性重复将第二波长选择信号输入到第二电光相位调制器42，得到双波长可控时序输出激光。
当需要输出高峰值功率窄脉冲宽度激光时，激光电源8给泵浦源61进行脉冲泵浦供电，在完成一个脉冲泵浦时分别给第一电光相位调制器22和第二电光相位调制器42，提供边沿陡峭的脉冲时序信号，激光器输出调Q脉冲光；
当需要输出长脉冲/连续激光时，激光电源在开始给泵浦源进行供电的同时即给电光调整器件提供波长开关的时序信号，输出长脉冲/连续激光。
如图1所示，第一波长全反射镜1镀有第一波长的反射率大于99.9％的反射膜，如1064nm。第二波长全反射镜3镀有第二波长的反射率大于99.9％的反射膜，如1319nm。分色镜5则分别镀有第一波长的增透膜和第二波长的反射膜。输出耦合镜7分别镀有第一波长和第二波长的部分透过率膜。第一波长控制开关2的第一偏振片21、第一电光相位调制器22和第二偏振片23分别镀有第一波长的透过率大于99.9％的增透膜。第二波长控制开关4的第三偏振片41、第二电光相位调制器42和第四偏振片43分别镀有第二波长的透过率大于99.9％的增透膜。中心波长808nm的泵浦源61通过侧面泵浦方式泵浦Nd:YAG板条激光增益晶体62，Nd:YAG板条激光增益晶体两端通光面镀有第一波长和第二波长的增透膜。
如图2所示，全反射镜11镀有第一波长和第二波长的反射率大于99.9％的反射膜。分色镜5则分别镀有第一波长的增透膜和第二波长的反射膜。输出耦合镜7分别镀有第一波长和第二波长的部分透过率膜。第一波长控制开关2的第一偏振片21、第一电光相位调制器22和第二偏振片23分别镀有第一波长的透过率大于99.9％的增透膜。第二波长控制开关4的第三偏振片41、第二电光相位调制器42和第四偏振片43分别镀有第二波长的透过率大于99.9％的增透膜。中心波长808nm的泵浦源61通过侧面泵浦方式泵浦Nd:YAG板条激光增益晶体62，Nd:YAG板条激光增益晶体两端通光面镀有第一波长和第二波长的增透膜。
图3是本发明以长脉冲/连续模式工作的信号时序示意图，本发明输出长脉冲/连续激光。激光电源8设定长脉冲/连续工作模式。激光电源8输出一路泵浦信号对泵浦源61进行供电，泵浦信号持续时间和脉冲间隔均可调。激光电源8输出第一波长选择信号到第一电光相位调制器22作为第一波长激光的开关控制信号，激光电源8输出第二波长选择信号到第二电光相位调制器42作为第二波长激光的开关控制信号。第一波长选择信号和第二波长选择信号中波长触发波形可同时出现，或仅出现其中一个波长触发信号，第一波长选择信号、第二波长选择信号与泵浦信号同步产生或撤销。在触发信号和泵浦信号同步的时间区段，激光器输出对应波长的激光。
图4是本发明以调Q模式工作的信号时序示意图，激光器输出高峰值功率窄脉冲宽度的调Q激光。激光电源设定调Q工作模式，波长切换开关兼有调Q功能。激光电源8输出一路泵浦信号对泵浦源61进行供电，且泵浦信号持续时间不超过Nd:YAG板条激光晶体的上能级寿命230μs；激光电源8输出第一波长选择信号到第一电光相位调制器22作为第一波长激光的开关控制和调Q信号，激光电源8输出第二波长选择信号到第二电光相位调制器42作为第二波长激光的开关控制和调Q信号。第一波长选择信号和第二波长选择信号中波长触发波形可同时出现，或仅出现其中一个波长触发信号，第一波长选择信号和第二波长选择信号中波长触发波形在泵浦信号下降沿附近出现。第一波长选择信号和第二波长选择信号中波长触发波形未出现时，谐振腔在泵浦作用下，处于高损耗状态，无激光输出，在泵浦结束时，第一波长选择信号和第二波长选择信号中波长触发波形输出到第一电光相位调制器22和第二电光相位调制器42，激光器输出对应波长的调Q激光。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种双波长自由控制输出激光器，包括单激光增益泵浦模块(6)，其特征在于，还包括第一波长全反射镜(1)、第一波长控制开关(2)、第二波长全反射镜(3)、第二波长控制开关(4)、分色镜(5)和输出耦合镜(7)，
第一波长全反射镜(1)、第一波长控制开关(2)、分色镜(5)、单激光增益泵浦模块(6)和输出耦合镜(7)依次分布在第一光轴上，第一波长全反射镜(1)和第二波长全反射镜(3)垂直于第一光轴，分色镜(5)与第一光轴呈设定夹角，
经第一波长全反射镜(1)反射的光通过第一波长控制开关(2)后透射分色镜(5)再入射单激光增益泵浦模块(6)；
经第二波长全反射镜(3)反射的光通过第二波长控制开关(4)后经分色镜(5)反射后平行第一光轴入射单激光增益泵浦模块(6)。
2.根据权利要求1所述的一种双波长自由控制输出激光器，其特征在于，所述的单激光增益泵浦模块(6)包括泵浦源(61)、激光增益晶体(62)和散热器；
第一波长控制开关(2)包括依次放置的第一偏振片(21)、第一电光相位调制器(22)和第二偏振片(23)，第一偏振片(21)和第二偏振片(23)的偏振方向互相垂直；
第二波长控制开关(4)包括依次放置的第三偏振片(41)、第二电光相位调制器(42)和第四偏振片(43)；第三偏振片(41)和第四偏振片(43)的偏振方向互相垂直。
3.根据权利要求2所述的一种双波长自由控制输出激光器，其特征在于，所述的第一波长全反射镜(1)镀有第一波长的反射膜，第二波长全反射镜(3)镀有第二波长的反射膜，分色镜(5)镀有第一波长的增透膜和第二波长的反射膜，输出耦合镜(7)分别镀有第一波长和第二波长的部分透过率膜，第一偏振片(21)、第一电光相位调制器(22)和第二偏振片(23)分别镀有第一波长的增透膜，第三偏振片(41)、第二电光相位调制器(42)和第四偏振片(43)分别镀有第二波长的增透膜。
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