CN115966987A - 一种可筛选的多波长激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可筛选的多波长激光器，涉及激光器技术领域，利用液体有机的激光染料溶液中掺杂随机散射颗粒产生随机的多波长激光，并通过滤光装置实现波长筛选，得到双波长、三波长或更多波长的激光输出。整体包括激光泵浦源、倍频晶体、半波片、偏振片、分光板、能量计、柱透镜、随机激光样品、第一支架、第二支架、聚焦透镜以及滤光片。泵浦光经倍频后作为随机激光样品的抽运光源，产生的随机多波长激光被聚焦透镜接收，最后通过滤光片进行滤光，实现可筛选的双波长/多波长激光输出，可作为激光雷达光源。

Description

一种可筛选的多波长激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其是一种可筛选的多波长激光器。
背景技术
现代光学研究领域中，例如双光子/多光子吸收和非线性光学等领域，需要同时存在两个或两个以上的强激光脉冲，且它们均可以独立调谐激光波长，从而诞生了双波长/多波长激光器。这种双波长/多波长激光器可以为微小量测量、太赫兹源的产生、血液检测和医疗等领域带来很多新思路，其中之一就是激光雷达技术领域。应用于大气环境检测技术的差分吸收激光雷达是一种常见的检测仪器，它具有较高的空间与时间分辨率，可以长期连续地监测大气颗粒物以及臭氧等大气污染物的垂直分布，已在全世界范围内得到了广泛的应用。
利用差分吸收激光雷达探测大气环境中污染物的原理是，通过激光器向大气中交替发射两束波长相近的激光脉冲，使得其中一束激光的波长位于待测气体的吸收峰附近，另一束激光的波长偏离待测气体的吸收峰；根据待测气体对两束激光的吸收程度不同即差分吸收，通过对大气后向散射信号的比值进行分析，可以反演推导出待测气体中的颗粒物浓度。
差分吸收激光雷达的研究核心之一就在于能够产生最合适的双波长激光，作为差分吸收激光雷达的光源。
为此，需要设计一种可筛选的多波长激光器。
发明内容
为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种可筛选的多波长激光器，整体结构简单，操作方便，能够实现可筛选的双波长/多波长激光输出。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：
一种可筛选的多波长激光器，包括：沿激光传输方向设置的激光泵浦源、随机激光样品、滤光装置；
所述随机激光样品包括：激光增益介质、随机散射颗粒、石英毛细管；所述激光增益介质为激光染料溶液，掺杂有随机散射颗粒的激光染料溶液填充在石英毛细管中；
所述激光泵浦源用于产生泵浦光，掺杂有随机散射颗粒的激光染料溶液在泵浦光的照射下产生随机多波长激光，随机多波长激光通过滤光装置进行波长筛选。
优选的，激光增益介质即激光染料溶液为：将罗丹明、尼罗红、DCM即二氯甲烷中的任意一种或多种溶解在乙醇溶剂中所形成的溶液。
优选的，所述随机散射颗粒为二氧化钛纳米颗粒、金纳米颗粒、银纳米颗粒、硫化镉纳米颗粒中的任意一种。
优选的，所述石英毛细管的材质为石英玻璃。
优选的，还包括聚焦透镜；
随机激光样品产生的随机多波长激光先经聚焦透镜聚焦后，再通过滤光装置进行波长筛选。
优选的，所述滤光装置为滤光片。
优选的，还包括：沿激光传输方向设置的倍频晶体、半波片、偏振片、分光板、能量计、柱透镜；
所述倍频晶体用于对激光泵浦源的泵浦光进行倍频，将激光泵浦源的泵浦光倍频至激光增益介质的吸收峰处，即倍频后的泵浦光的中心波长位于激光增益介质的吸收峰处；
所述半波片与偏振片构成能量调节单元，用于调谐泵浦光的泵浦能量；
所述分光板镀有半透半反膜，分光板将50%的泵浦光透射进能量计；分光板将剩下50%的泵浦光反射进柱透镜；
所述能量计用于实时监控泵浦光的泵浦能量；
所述柱透镜将泵浦光的圆形光斑整形为线形光斑后，照射进随机激光样品中。
优选的，所述激光泵浦源为调Q的固态Nd:YAG激光器。
优选的，还包括支架；
所述随机激光样品由支架进行固定支撑，通过调整支架使随机激光样品对准入射的泵浦光。
本发明的优点在于：
（1）本发明的一种可筛选的多波长激光器，利用液体有机的激光染料溶液中掺杂随机散射颗粒产生随机的多波长激光，并通过滤光装置实现波长筛选，得到双波长、三波长或更多波长的激光输出，这种产生多波长激光的方式操作容易，结构简单，集成度较高。
（2）本发明的随机激光样品制备简单，成本低廉。
（3）选择合适带宽的滤光片，通过滤光片实现带通滤光，从而筛选得到合适的双波长/多波长激光输出。
（4）改变滤光片的滤光范围，可以实现其他波段的双波长/多波长激光输出。
（5）本发明的一种可筛选的多波长激光器，是一种良好的、可用作于差分吸收激光雷达的光源。
（6）利用液体有机的激光染料溶液中掺杂随机散射颗粒产生的随机多波长激光，其每个激光尖峰的半高宽约为0.2nm-0.6nm，是较好的差分吸收激光雷达的光源。
（7）替换不同的激光泵浦源、激光增益介质，以及改变随机散射颗粒，如改变尺寸大小、形状、数量密度等相关参数，可以在更宽的光谱范围内筛选得到合适的双波长/多波长激光。
（8）本发明整体结构简单，操作方便，系统集成度高，成本可控。
附图说明
图1为本发明的一种可筛选的多波长激光器的示意图。
图2为随机激光样品的内部结构示意图。
图3为实施例中所得的随机多波长激光的光谱图。
图4为实施例中所得的随机多波长激光光谱的局部放大示意图。
附图标记说明：
1-激光泵浦源、2-倍频晶体、3-半波片、4-偏振片、5-分光板、6-能量计、7-柱透镜、8-随机激光样品、9-第一支架、10-第二支架、11-聚焦透镜、12-滤光片、801-激光增益介质、802-随机散射颗粒、803-石英毛细管。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
由图1所示，一种可筛选的多波长激光器，包括：激光泵浦源1、倍频晶体2、半波片3、偏振片4、分光板5、能量计6、柱透镜7、随机激光样品8、第一支架9、第二支架10、聚焦透镜11、滤光片12。
所述激光泵浦源1用于输出泵浦光。本实施例中，激光泵浦源1采用调Q的固态Nd:YAG激光器，泵浦光的中心波长为1064nm，脉冲宽度在10ns附近。
所述倍频晶体2用于对激光泵浦源1的泵浦光进行倍频，将泵浦光倍频至激光增益介质801的吸收峰处，倍频后的泵浦光即倍频晶体2输出的倍频光的中心波长为532nm。
所述半波片3与偏振片4构成能量调节系统，用于调节泵浦光的泵浦能量。
所述分光板5镀有半透半反膜，50%的泵浦光透过分光板5进入能量计6，用于监测泵浦光的泵浦能量；剩下50%的泵浦光经分光板5反射后进入柱透镜7，
柱透镜7将圆形光斑整形为线形光斑，作为直接泵浦光源照射进随机激光样品8中。
由图2所示，所述随机激光样品8包括：激光增益介质801、随机散射颗粒802、石英毛细管803。
所述激光增益介质801为激光染料溶液（有机液体），具体是指：将罗丹明、尼罗红、DCM即二氯甲烷中的任意一种或多种溶解在乙醇溶剂中所形成的溶液。
所述随机散射颗粒802为二氧化钛（TiO2）纳米颗粒、金（Au）纳米颗粒、银（Ag）纳米颗粒、硫化镉（CdS）纳米颗粒中的任意一种。
所述石英毛细管803的材质为石英玻璃，内直径为500μm，即沿激光传输方向的长度为500μm。
掺杂有随机散射颗粒802的激光染料溶液填充在石英毛细管803中，构成随机激光样品8。本实施例中，激光增益介质801选用60μg/ml的尼罗红乙醇溶液，随机散射颗粒802为二氧化钛纳米颗粒，其平均粒径约为40nm。在28℃的恒温条件下，采用超声分散法将二氧化钛纳米颗粒分散在尼罗红乙醇溶液中，使用毛细管的毛细效应将分散液吸入石英毛细管803中，最终制备成随机激光样品8。
所述随机激光样品8由第一支架9与第二支架10共同固定支撑，通过调整第一支架9与第二支架10，使随机激光样品8对准入射的泵浦光，在泵浦光激励下，随机激光样品8产生随机的多波长激光。
所述聚焦透镜11将随机激光样品8输出的随机多波长激光进行聚焦后，通过滤光片12进行滤光，筛选合适的双波长/多波长激光输出。所述滤光片12为窄带滤光片。
图3为本实施例中所得的随机多波长激光的光谱图，由图3所示，可以看出，所得的随机多波长激光光谱，不同于传统意义上窄线宽、单尖峰、宽基底的激光光谱，随机多波长激光光谱呈现多尖峰特点，在中心波长附近同时存在很多离散、独立的激光峰。因此，通过选择合适带宽的窄带滤光片，可以实现在一定范围内的窄带滤光，例如选择2nm带宽的滤光片，得到的滤光结果如图4所示，可以在640nm-642nm之间得到双波长激光输出。改变滤光片的滤光范围，则可以实现其他波段的双波长/多波长激光输出。
本实施例的一种可筛选的多波长激光器，利用二次谐波的固体Nd:YAG激光器作为泵浦源，制备掺杂有随机散射颗粒的有机激光染料分散液作为激光增益介质，得到随机多波长激光输出。通过滤光片实现带通滤光，选择合适滤光范围和合适带宽的滤光片，可以筛选得到合适的双波长/多波长激光输出。这种产生双波长/多波长激光的方式操作容易，结构简单，集成度高，且成本低廉，是一种良好的、可用作于差分吸收激光雷达的光源。
以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，包括：沿激光传输方向设置的激光泵浦源（1）、随机激光样品（8）、滤光装置；
所述随机激光样品（8）包括：激光增益介质（801）、随机散射颗粒（802）、石英毛细管（803）；所述激光增益介质（801）为激光染料溶液，掺杂有随机散射颗粒（802）的激光染料溶液填充在石英毛细管（803）中；
所述激光泵浦源（1）用于产生泵浦光，掺杂有随机散射颗粒（802）的激光染料溶液在泵浦光的照射下产生随机多波长激光，随机多波长激光通过滤光装置进行波长筛选。
2.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，激光增益介质（801）即激光染料溶液为：将罗丹明、尼罗红、DCM即二氯甲烷中的任意一种或多种溶解在乙醇溶剂中所形成的溶液。
3.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，所述随机散射颗粒（802）为二氧化钛纳米颗粒、金纳米颗粒、银纳米颗粒、硫化镉纳米颗粒中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，所述石英毛细管（803）的材质为石英玻璃。
5.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，还包括聚焦透镜（11）；
随机激光样品（8）产生的随机多波长激光先经聚焦透镜（11）聚焦后，再通过滤光装置进行波长筛选。
6.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，所述滤光装置为滤光片（12）。
7.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，还包括：沿激光传输方向设置的倍频晶体（2）、半波片（3）、偏振片（4）、分光板（5）、能量计（6）、柱透镜（7）；
所述倍频晶体（2）用于对激光泵浦源（1）的泵浦光进行倍频，将激光泵浦源（1）的泵浦光倍频至激光增益介质（801）的吸收峰处，即倍频后的泵浦光的中心波长位于激光增益介质（801）的吸收峰处；
所述半波片（3）与偏振片（4）构成能量调节单元，用于调谐泵浦光的泵浦能量；
所述分光板（5）镀有半透半反膜，分光板（5）将50%的泵浦光透射进能量计（6）；分光板（5）将剩下50%的泵浦光反射进柱透镜（7）；
所述能量计（6）用于实时监控泵浦光的泵浦能量；
所述柱透镜（7）将泵浦光的圆形光斑整形为线形光斑后，照射进随机激光样品（8）中。
8.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，所述激光泵浦源（1）为调Q的固态Nd:YAG激光器。
9.根据权利要求1所述的一种可筛选的多波长激光器，其特征在于，还包括支架；
所述随机激光样品（8）由支架进行固定支撑，通过调整支架使随机激光样品（8）对准入射的泵浦光。
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