CN114447757A - 一种双波长可调谐激光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种双波长可调谐激光装置，属于激光技术领域。利用同一个泵浦源和两块不同切割角度的参量晶体，在一个光参量谐振腔中同时获得两个波长激光输出，并且通过改变泵浦光入射晶体端面的角度可对输出激光中心波长分别进行调谐。特别地，将泵浦光与晶体夹角调整至特定角度，可获得中心波长为486.1纳米和518.3纳米的激光，分别对准蓝绿波段的太阳夫琅禾费暗线H‑β线和Mg线。本发明双波长激光器装置结构紧凑，产生双波长可调谐激光的方法可广泛应用于激光雷达、激光通信、光谱分析等领域。
Description
技术领域
本发明涉及全固态激光技术，特别是一种双波长可调谐激光装置。
背景技术
在激光通信领域，增加发射光源的波长数量可以实现波分复用，提高通信速率。在激光雷达探测领域，使用多个发射波长可用于多光谱探测，获取不同波段的特性信息，实现对目标更精准地探测与识别。目前在大部分应用系统中，光源一般为单一波长且不可调谐，要实现多个波长同时发射需采用多台激光器，多台激光器输出的激光不在同一个光轴上，在共线发射的应用中需要采用合束的手段，提高了系统复杂度和体积功耗的需求，并且多台激光器发射的光不具有相干性，无法满足测量相关性的要求。
申请号201710508429.5，名称为“双波长激光器”的发明专利，采用自倍频晶体发射基频光和倍频光两个波长，其发射激光波长由激光晶体发射峰决定，不可调谐。
专利号ZL200510014738.4，名称为“多波长同时输出全固态可调谐激光光源”的发明专利，采用两级泵浦源和光参量振荡器，可获得0.7-5μm激光输出，无法覆盖蓝绿光波段的光源需求，采用两级泵浦的技术也较为复杂。
发明内容
本发明旨在解决同一个激光器中无法同时输出两个可调谐激光的问题，提供一种双波长可调谐激光装置，只采用一个泵浦源，通过两种相互垂直的偏振光泵浦方式，实现对两个输出激光波长的同时调谐，且输出激光光轴相同。
为实现上述目的，本发明提供了一种双波长可调谐激光装置，其基本原理是：将泵浦激光器输出的泵浦激光通过偏振分光棱镜分为水平偏振泵浦光和垂直偏振泵浦光，分别从光参量振荡器的两侧泵浦两块光轴方向相互垂直放置的参量晶体，产生两个不同波长的信号光，通过分别调整泵浦光与参量晶体的夹角，实现对两个信号光激光波长的调谐。两束信号光经光参量振荡器的输出镜同轴输出，剩余水平偏振泵浦光和垂直偏振泵浦光可分别由偏振分光棱镜透射和反射，避免返回到泵浦激光器中，造成泵浦激光器的损坏。
本发明的技术解决方案如下：
一种双波长可调谐激光装置，包括泵浦激光器、半波片、第一偏振分光棱镜、 OPO全反镜、第一参量晶体、第二参量晶体、OPO输出镜、分光镜、反射镜和第二偏振分光棱镜。
所述的泵浦激光器输出的激光为线偏振，泵浦光经半波片使其偏振方向旋转至与光轴呈45°，再经第一偏振分光棱镜被分为一束透射的水平偏振泵浦光和一束反射的垂直偏振泵浦光。
所述的OPO全反镜、第一参量晶体、第二参量晶体和OPO输出镜组成光参量振荡器。
所述的OPO全反镜镀泵浦光增透膜和第一信号光、第二信号光全反膜。
所述的第一参量晶体和第二参量晶体的晶体光轴方向相互垂直，两块晶体可相互独立放置，也可以经表面处理成为键合晶体，两端镀泵浦光、第一信号光和第二信号光增透膜，第一参量晶体和第二参量晶体相对光路的放置角度可调节。
所述的OPO输出镜镀泵浦光增透膜和第一信号光、第二信号光部分透过部分反射膜，对第一信号光、第二信号光的透过率为20％～50％。
所述的分光镜镀泵浦光全反膜和第一信号光、第二信号光增透膜，其相对光路的放置角度可调节。
所述的水平偏振泵浦光经OPO全反镜泵浦第一参量晶体产生第一信号光，剩余水平偏振泵浦光经第二参量晶体和OPO输出镜透射，再经分光镜反射至第二偏振分光棱镜经该棱镜透射；
所述的垂直偏振泵浦光经反射镜、第二偏振分光棱镜和分光镜的依次反射，再经OPO输出镜泵浦第二参量晶体产生第二信号光，剩余垂直偏振泵浦光经第一参量晶体和OPO全反镜透射至第一偏振分光棱镜经该棱镜反射；
所述的第一信号光和第二信号光在光参量振荡器中振荡放大，经OPO输出镜和分光镜透射输出。
本发明具有以下优点：
1.输出激光为两个波长，且波长可分别调谐，调谐波长可覆盖蓝绿激光波段，选择两个波长分别为486.1nm蓝光和518.3nm绿光发射，分别对准蓝绿波段的太阳夫琅禾费暗线H-β线和Mg线，可以同时满足激光应用系统在不同水质条件下的穿透能力要求，并且暗线波长的激光源配合使用窄带滤光装置，可以有效降低探测器接收的太阳背景辐射，提高接收系统的信噪比，实现可靠探测；
2.将泵浦激光器通过偏振分束的方法，实现双端面泵浦的光参量振荡器，转换效率高，结构简单紧凑，广泛应用于激光雷达、激光通信、光谱分析等领域。
附图说明
图1是本发明双波长可调谐激光装置的光路示意图。
图2是本发明经OPO输出镜和分光镜透射输出的光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明技术作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
图1是本发明双波长可调谐激光装置的原理示意图，由图可知，一种双波长可调谐激光器，包括泵浦激光器1、半波片2、第一偏振分光棱镜3、OPO全反镜4、第一参量晶体5、第二参量晶体6、OPO输出镜7、分光镜8、反射镜9和第二偏振分光棱镜10。
所述的泵浦激光器1是Nd:YAG三倍频脉冲激光器，输出激光为线偏振光，波长为355nm，脉冲重复频率100Hz，脉冲宽度约5ns，单脉冲能量4mJ；
所述的半波片2是355nm石英半波片，镀有355nm增透膜；
所述的第一偏振分光棱镜3是355nm偏振分光棱镜，对355nm水平偏振光透射率＞95％，对355nm垂直偏振光反射率＞99％；
所述的OPO全反镜4双面镀355nm增透膜，朝所述的第一参量晶体5一面镀 400nm-600nm宽带全反膜；
所述的第一参量晶体5是偏硼酸钡BBO晶体，切割角度为θ＝27°，Φ＝90°，两端镀355nm和400nm-600nm增透膜；
所述的第二参量晶体6是偏硼酸钡BBO晶体，切割角度为θ＝30°，Φ＝90°，两端镀355nm和400nm-600nm增透膜；
所述的第一参量晶体5和第二参量晶体6的晶体光轴方向相互垂直；
所述的OPO输出镜7镀355nm增透膜和400nm-600nm部分透过部分反射膜，对400nm-600nm的透过率为30％；
所述的分光镜8镀45°355nm全反膜和400nm-600nm增透膜；
所述的泵浦激光器1输出的355nm激光为线偏振，355nm泵浦光经所述的半波片2使其偏振方向旋转至与光轴呈45°，再经所述的第一偏振分光棱镜3被分为一束透射的水平偏振泵浦光和一束反射的垂直偏振泵浦光。
所述的水平偏振泵浦光经OPO全反镜4泵浦所述第一参量晶体5产生453nm 信号光，剩余355nm水平偏振泵浦光经第二参量晶体6和OPO输出镜7透射，再经分光镜9反射至第二偏振分光棱镜10经该棱镜透射；
所述的垂直偏振泵浦光经反射镜9、第二偏振分光棱镜10和分光镜8的依次反射，再经OPO输出镜7泵浦第二参量晶体6产生497nm信号光，剩余355nm垂直偏振泵浦光经所属的第一参量晶体5和OPO全反镜4透射至第一偏振分光棱镜3 经该棱镜反射；
所述的453nm信号光和497nm信号光在光参量振荡器中振荡放大，经OPO输出镜和分光镜透射输出，其输出光谱如图2所示，通过调节所述的第一参量晶体5、第二参量晶体6和分光镜8相对光路的夹角，可以根据应用需求对两个输出波长进行调节。
上述实施方案只为说明本发明的技术特点，不应以此限制本发明的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的修改或替换均应涵盖在本发明的保护范围当中。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种双波长可调谐激光装置，其特征在于，包括泵浦激光器(1)、半波片(2)、第一偏振分光棱镜(3)、OPO全反镜(4)、晶体光轴方向相互垂直的第一参量晶体(5)和第二参量晶体(6)，OPO输出镜(7)、分光镜(8)、反射镜(9)以及第二偏振分光棱镜(10)；
所述的泵浦激光器(1)输出的泵浦光经半波片(2)后泵浦光呈45度线偏振，再经第一偏振分光棱镜(3)被分为透射的水平偏振泵浦光和反射的竖直偏振泵浦光；
沿水平偏振泵浦光传输方向依次是所述的OPO全反镜(4)、第一参量晶体(5)、第二参量晶体(6)和OPO输出镜(7)，水平偏振泵浦光泵浦第一参量晶体(5)发生参量变换产生第一信号光，第一信号光在OPO全反镜(4)和OPO输出镜(7)之间振荡放大，依次经所述的OPO输出镜(7)和分光镜(8)透射后输出，剩余的水平偏振泵浦光依次经第二参量晶体(6)和OPO输出镜(7)透射后，再经分光镜(8)反射后，由第二偏振分光棱镜(10)透射输出；
竖直偏振泵浦光依次经所述的反射镜(9)、第二偏振分光棱镜(10)和分光镜(8)反射后，入射到所述OPO输出镜(7)，泵浦第二参量晶体(6)发生参量变换产生第二信号光，第二信号光在OPO全反镜(4)和OPO输出镜(7)之间振荡放大后，依次经所述的OPO输出镜(7)和分光镜(8)透射输出，剩余的竖直偏振泵浦光经第一参量晶体(5)和OPO全反镜(4)透射后，入射到所述的第一偏振分光棱镜(3)，由该第一偏振分光棱镜(3)反射输出。
2.根据权利要求1所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的第一参量晶体(5)和第二参量晶体(6)相对光路的放置角度可调节。
3.根据权利要求1或2所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的第一参量晶体(5)和第二参量晶体(6)相互独立放置，或经表面处理成为键合晶体。
4.根据权利要求1或2所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的第一参量晶体(5)和第二参量晶体(6)两端镀泵浦光、第一信号光和第二信号光增透膜。
5.根据权利要求1所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的OPO全反镜(4)镀泵浦光增透膜和第一信号光、第二信号光全反膜。
6.根据权利要求1所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的OPO输出镜(7)镀泵浦光增透膜和第一信号光、第二信号光部分透过部分反射膜，且对第一信号光、第二信号光的透过率为20％～50％。
7.根据权利要求1所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的分光镜(8)镀泵浦光全反膜和第一信号光、第二信号光增透膜。
8.根据权利要求1所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的分光镜(8)相对光路的放置角度可调节。
9.根据权利要求1所述的双波长可调谐激光装置，其特征在于所述的泵浦激光器(1)发射激光为线偏振光。
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