CN117543317A - 一种高抗振大能量环形单频激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高抗振大能量环形单频激光器，包括激光侧泵模块、偏振元件、五角棱镜组、补偿透镜组、光楔组、内反射直角棱镜组、外反射直角棱镜组、声光调Q元件、45°部分透过率镜、单频种子激光器模块、移频器、隔离器、直角反射棱镜、压电陶瓷促动器和光电探测器。本发明解决现有单频环形激光器力学适应性差的问题，满足空间应用条件，采用该激光器发明能够实现线宽3MHz以下、能量100mJ以上、脉宽100ns以上、振动量级7g以上的激光稳定运转，可用于激光测风雷达、温室气体探测雷达等领域，实现大能量、单频、长脉宽的激光发射，并有效提高了激光器力学特性和集成度。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种高抗振大能量环形单频激光器。
背景技术
空间全固态激光器的发射性能直接决定星载激光载荷的性能，是激光测距、激光通信、激光对抗和激光遥感的核心光源。随着大气风场探测、温室气体探测等领域的发展，探测手段逐渐偏向相干探测，空间激光器发射波长正从近红外向中红外扩展，由能量特性向相位信息发展。这就不仅要求激光器具有很高的光学性能，还对激光器力学环境适应性提出了非常高的要求。用于空间相干探测的全固态激光器要求发射激光具有窄线宽、大能量、高力学环境适应性的特点，激光线宽与脉宽的乘积为常数，而全固态激光器的脉宽与激光器腔长呈正相关。
通常空间激光器发射波长为1μm，脉宽短于20ns，能量在数十mJ量级，例如美国的Calipso、日本SELENE、中国的CE-1等；且为了经受住火箭发射时带来的高量级振动(≥7gRMS)，腔长要求尽可能短(通常短于1m)，并且采用保罗棱镜构成的谐振腔。而用于空间相干探测的激光器为了提高激光的相干性，要求发射激光脉冲能量大于100mJ、线宽窄于10MHz，这就要求激光脉冲宽度大于100ns，这就要求激光器腔长大于2m。现有大能量单频激光器通常采用种子注入锁定方式，并根据所用介质的不同选用扭转模或者环腔等谐振腔。
采用扭转模的脉冲单频激光器可以采用保罗棱镜构成的谐振腔，能经受住7g以上的随机振动，但只适用与各项同性的晶体。而采用环形腔的2μm波段脉冲单频激光器由于受腔型、体积限制，难以采用保罗棱镜或角锥棱镜，力学环境适应性较差，难以满足高振动的使用环境。因此在空间激光遥感环境下常规环形单频激光器的使用受到了很大的限制。
因此，需要一种力学特性和集成度高的空间环形激光器。
发明内容
本发明是为了解决空间激光器力学环境适应性差的问题，提供一种高抗振大能量环形单频激光器，通过使用五角棱镜进行光路转折、使用直角棱镜对构成的压缩光路、使用半透半反镜作为输出镜，解决现有单频环形激光器力学适应性差的问题，满足空间应用条件，采用该激光器发明能够实现线宽3MHz以下、能量100mJ以上、脉宽100ns以上、振动量级7g以上的激光稳定运转，可用于激光测风雷达、温室气体探测雷达等领域，实现大能量、单频、长脉宽的激光发射，并有效提高了激光器力学特性和集成度。
本发明提供一种高抗振大能量环形单频激光器，包括激光侧泵模块、偏振元件、五角棱镜组、补偿透镜组、光楔组、内反射直角棱镜组、外反射直角棱镜组、声光调Q元件、45°部分透过率镜、单频种子激光器模块、移频器、隔离器、直角反射棱镜、压电陶瓷促动器和光电探测器；
五角棱镜组包括依次进行光路90°转折并按照逆时针顺序排列的第一五角棱镜、第二五角棱镜、第三五角棱镜和第四五角棱镜，第一五角棱镜、第二五角棱镜、第三五角棱镜和第四五角棱镜沿横向和纵向对称分布；
补偿透镜组包括第一补偿透镜和第二补偿透镜；
光楔组包括第一光楔和第二光楔；
偏振元件和第一五角棱镜依次与激光侧泵模块的一端光连接，第四五角棱镜与激光侧泵模块的另一端光连接；
第一五角棱镜和第二五角棱镜之间的光路上依次设置第一补偿透镜和第一光楔，第四五角棱镜和第三五角棱镜之间的光路上依次设置第二补偿透镜和第二光楔；
内反射直角棱镜组和外反射直角棱镜组分别位于第一光楔、第二五角棱镜之间的光路上和第二光楔、第三五角棱镜的之间光路上，内反射直角棱镜组和外反射直角棱镜组交叉光连接以进行激光器平面尺寸压缩；
声光调Q元件和45°部分透过率镜依次位于第二五角棱镜和第三五角棱镜之间的光路上并进行光连接；
单频种子激光器模块、移频器、隔离器、直角反射棱镜和45°部分透过率镜依次光连接并通过45°部分透过率镜向激光谐振腔内注入种子光，45°部分透过率镜也可将激光输出；
压电陶瓷促动器与外反射直角棱镜组连接并在通电时带动外反射直角棱镜组伸缩使得注入的种子光在激光器内产生干涉信号；
光电探测器设置在第二五角棱镜一侧并探测第二五角棱镜中是否注入种子光。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，内反射直角棱镜组包括第一内反射直角棱镜和第二内反射直角棱镜；
外反射直角棱镜组包括第一外反射直角棱镜和第二外反射直角棱镜；
第一外反射直角棱镜设置在第一光楔、第二五角棱镜之间的光路上，第一外反射直角棱镜与第二内反射直角棱镜平行设置且直角朝向相同；
第一外反射直角棱镜的第一直角面将第一光楔的输出光反射至第二内反射直角棱镜第一直角面上再反射至第二直角面上，第二内反射直角棱镜第二直角面再将光反射回第一外反射直角棱镜的第二直角面上，第一外反射直角棱镜的第二直角面将光反射至第二五角棱镜上进行光路90°转折；
压电陶瓷促动器与第二外反射直角棱镜连接。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，第二外反射直角棱镜设置在第二光楔、第三五角棱镜的光路上，第二外反射直角棱镜和第一内反射直角棱镜平行设置且直角朝向相同，第二外反射直角棱镜和第一外反射直角棱镜的直角朝向相对；
第二外反射直角棱镜的第一直角面将第二光楔的出射光反射至第一内反射直角棱镜第一直角面再反射至第二直角面上，第一内反射直角棱镜第二直角面再将光反射回第二外反射直角棱镜的第二直角面上，第二外反射直角棱镜的第二直角面将光反射至第三五角棱镜上进行光路90°转折。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，第一内反射直角棱镜和第二内反射直角棱镜的侧面均抛光，第一内反射直角棱镜的最大面和第二内反射直角棱镜的最大面均镀有增透膜；
第一外反射直角棱镜和第二外反射直角棱镜的侧面均抛光，第一外反射直角棱镜的第一直角面、第二直角面，第二外反射直角棱镜的第一直角面、第二直角面均镀高反膜。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，种子光和振荡光均从第一五角棱镜、第二五角棱镜、第三五角棱镜、第四五角棱镜镀有增透膜的一侧进入、经镀有高反膜的两侧反射后从另一个镀有增透膜的侧面输出。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，第一五角棱镜、第三五角棱镜和第四五角棱镜反射一侧均镀有20°±10°高反膜；
第二五角棱镜振荡光入射一侧镀有20°±10°反射率99％的介质膜、相对一侧镀有20°±10°高反膜。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，激光侧泵模块包括激光晶体和激光二极管；
激光晶体为以下任意一种：Nd:YAG、Nd:YVO4、Tm,Ho:YLF、Tm,Ho:YAG、Tm:YLF、Tm:YAG、Tm:YAP、Tm:Y2O3晶体，激光二极管的泵浦波长为780nm～820nm；
偏振元件为45°偏振平板分束镜或布儒斯特角偏振平板分束镜或偏振分束立方体、材质为紫外熔融石英或N-SF1玻璃或H-LaK67玻璃；
补偿透镜组为两面镀有振荡光增透膜的曲面透镜；
光楔组为角度0.5°～5°、两面镀有振荡光增透膜的平斜镜；
声光调Q元件的两面镀振荡光增透膜、材质为熔石英晶体。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，45°部分透过率镜的一面镀有振荡光增透膜、另一面镀有10％～50％透过率介质膜；
单频种子激光器为线宽窄于30kHz、发射单频激光的光纤激光器或者固体激光器，单频种子激光器设置两路输出、一路用于拍频探测、另一路注入到激光器内；
移频器为两面镀振荡光增透膜、移频量40～120MHz的熔石英晶体同源双路声光移频器；
隔离器为具有偏转角的磁光晶体；
五角棱镜组、补偿透镜组、光楔组、外反射直角棱镜组、内反射直角棱镜、45°部分透过率镜和直角反射棱镜的的材质均为7979玻璃；
压电陶瓷促动器为柱形压电陶瓷促动器；
光电探测器为增强型InGaAs光电探测器。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，环形单频激光器产生振荡光并输出激光的方法如下：种子光通过45°部分透过率镜注入谐振腔后照射到激光侧泵模块产生振荡光，激光通过45°部分透过率镜输出；
振荡光依次经第一五角棱镜、第一补偿透镜、第一光楔、第一外反射直角棱镜、第二内反射直角棱镜、第二五角棱镜、第三五角棱镜、第二外反射直角棱镜、第一内反射直角棱镜、第二光楔、第二补偿透镜和第四五角棱镜；
第一五角棱镜、第二五角棱镜、第三五角棱镜和第四五角棱镜使光按照矩形传播并消除因光学元件在平面内受振动影响带来的光路偏折；
第一补偿透镜和第二补偿透镜补偿谐振腔内激光模式、改变腔内模式分布；
第一光楔和第二光楔对称放置以调节激光器受结构加工误差带来的角度误差；
第一内反射直角棱镜和第二内反射直角棱镜使入射光在直角面发生全反射并使入射光和反射光在水平方向平行；
第一外反射直角棱镜和第二外反射直角棱镜在直角面处反射激光以使入射光和反射光在水平方向平行；
第一内反射直角棱镜和第二外反射直角棱镜组合使用、第二内反射直角棱镜和第一外反射直角棱镜组合使用以在同样的激光器腔长下缩小激光器平面尺寸、提高激光器抗振性；
压电陶瓷促动器与第二外反射直角棱镜相连并带动第二外反射直角棱镜伸缩，当压电陶瓷促动器移动1个周期时等效光路移动4倍。
本发明所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，作为优选方式，环形单频激光器的种子光注入方法如下：单频种子激光器输出单频激光依次经移频器移频后输出至隔离器，隔离器隔绝激光器返回光对单频种子激光器造成损伤并将移频器输出的种子光输出至直角反射棱镜的，直角反射棱镜的将种子光反射至45°部分透过率镜并依次反射至声光调Q元件、第二五角棱镜，光电探测器探测到注入的种子光干涉信号后根据探测到的干涉峰控制声光调Q元件是否开门。
本发明一般涉及固体激光器，具体涉及空间全固态调Q大能量激光器，尤其涉及大能量单频激光器。
本发明提供一种新型的高抗振大能量环形激光器，应用于激光测风雷达、温室气体探测激光雷达、激光对抗等应用中，激光器包括：激光侧泵模块、偏振元件、五角棱镜、补偿透镜、光楔、内反射直角棱镜、外反射直角棱镜、声光调Q元件、45°部分透过率镜、单频种子激光器模块、移频器、隔离器、直角反射棱镜、光电探测器以及压电陶瓷促动器；
可选的，激光侧泵模块的激光晶体选自下列晶体之一：Nd:YAG、Nd:YVO4、Tm,Ho:YLF、Tm,Ho:YAG、Tm:YLF、Tm:YAG、Tm:YAP、Tm:Y2O3晶体等；
可选的，激光侧泵模块的激光二极管泵浦波长选用780nm～820nm之间某一波长；
可选的，偏振元件可以是45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中的一种，材质为紫外熔融石英、N-SF1玻璃和H-LaK67玻璃中的一种；
五角棱镜侧面抛光，在S1、S2面上镀有振荡光增透膜，在S3、S4面上镀有2μm波段20°±10°高反膜；
可选的，五角棱镜在S3、S4面上镀有振荡光20±10°高反介质膜(≥99％)；
五角棱镜保证入射激光和出射激光在水平方向严格呈90°夹角，对外界振动干扰具有良好的自适应能力；
补偿透镜为曲面透镜，用于补偿谐振腔内激光模式，两面镀有振荡光增透膜；
光楔为平斜镜，角度为0.5°～5°，两面镀有振荡光增透膜；
内反射直角棱镜侧面抛光，大面S1镀有振荡光增透膜，激光在直角面处发生全反射，确保入射激光和反射激光在水平方向严格平行；
外反射直角棱镜侧面抛光，直角面S2、S3镀有振荡光高反膜，激光在直角面处反射激光，确保入射激光和反射激光在水平方向严格平行；
内反射直角棱镜和所述外反射直角棱镜共同组合有效压缩激光器腔长，并确保激光器对外界振动干扰具有良好的自适应能力；
声光调Q元件采用熔石英晶体，两面镀振荡光增透膜；
45°部分透过率镜，一面镀有振荡光增透膜，另一面镀有部分透过率(T＝10％～50％)介质膜；
可选的，单频种子激光器采用光纤激光器或者固体激光器，发射单频激光，线宽窄于30kHz，所述单频种子激光器具有两路输出，一路用于拍频探测，一路注入到激光器内；
移频器采用同源双路声光移频，材质采用熔石英晶体，两面镀振荡光增透膜，移频量40～120MHz；
隔离器采用具有一定偏转角的磁光晶体，隔绝激光器返回光对所述单频种子激光器造成损伤；
直角反射棱镜用来反射种子光，通过所述45°部分透过率镜注入到激光谐振腔内；
五角棱镜、补偿透镜、光楔、外反射直角棱镜和内反射直角棱镜、45°部分透过率镜和直角反射棱镜的材质为JGS1玻璃、JGS3玻璃、7979玻璃和7980玻璃中的一种；
压电陶瓷促动器选用柱形压电陶瓷促动器及环形压电陶瓷促动器，压电陶瓷促动器与外反射直角棱镜相连，通电时压电陶瓷促动器连带外反射直角棱镜伸缩使得注入种子光在激光器内产生干涉信号；
光电探测器采用InGaAs光电探测器或者PbS探测器，位于五角棱镜S2面后探测注入种子光谐振信号。
本发明具有以下优点：
(1)本技术方案采用五角棱镜代替常规的45°平面反射镜实现激光90°折返，在元件安装面内无论入射光如何偏折，折射光均可以实现90°反射，采用4个五角棱镜构成的环形激光器可以有效消除因光学元件在平面内受振动影响带来的光路偏折；
(2)本技术方案采用直角棱镜对构成的压缩光路，可以将激光器光路充分压缩，将整个激光器压缩50％以上，提高集成度的同时也具有安装面光路偏折自适应的能力；通过半透半反镜代替常规透射输出镜作为耦合输出镜，也可以消除常规透射输出镜偏折对光路产生的影响，并可保证光路折返完全采用五角棱镜；
(3)本发明解决了现有单频环形激光器力学适应性差的问题，满足空间应用条件，采用该激光器发明能够实现线宽3MHz以下、能量100mJ以上、脉宽100ns以上、振动量级7g以上的激光稳定运转，可用于激光测风雷达、温室气体探测雷达等领域，实现大能量、单频、长脉宽的激光发射，并有效提高了激光器力学特性和集成度。
附图说明
图1为一种高抗振大能量环形单频激光器的结构示意图；
图2为一种高抗振大能量环形单频激光器的第一五角棱镜结构示意图；
图3-1为一种高抗振大能量环形单频激光器的第一内反射直角棱镜结构示意图；
图3-2为一种高抗振大能量环形单频激光器的第一外反射直角棱镜结构示意图；
图4为一种高抗振大能量环形单频激光器的激光脉宽、线宽与腔长关系示意图；
图5为一种高抗振大能量环形单频激光器偏摆方向失调时对谐振腔输出能量的影响示意图。
附图标记：
1、信息收集模块；2、偏振元件；3、五角棱镜组；31、第一五角棱镜；32、第二五角棱镜；33、第三五角棱镜；34、第四五角棱镜；4、补偿透镜组；41、第一补偿透镜；42、第二补偿透镜；5、光楔组；51、第一光楔；52、第二光楔；6、内反射直角棱镜组；61、第一内反射直角棱镜；62、第二内反射直角棱镜；7、外反射直角棱镜组；71、第一外反射直角棱镜；72、第二外反射直角棱镜；8、声光调Q元件；9、45°部分透过率镜；10、单频种子激光器模块；11、移频器；12、隔离器；13、直角反射棱镜；14、压电陶瓷促动器；15、光电探测器。
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。
实施例1
一种高抗振大能量环形单频激光器，应用于相干探测激光雷达中，如图1、图2和图3-1、3-2所示，所述高抗振大能量单频2μm激光器具体包括以下组成部分：激光侧泵模块1、偏振元件2、五角棱镜3(包括31、32、33和34)、补偿透镜4(41和42)、光楔5(51和52)、内反射直角棱镜6(61和62)、外反射直角棱镜7(71和72)、声光调Q元件8、45°部分透过率镜9、单频种子激光器模块10、移频器11、隔离器12、直角反射棱镜13、光电探测器14以及压电陶瓷促动器15；
激光侧泵模块1的激光晶体采用a-cut Tm,Ho:YLF晶体，激光二极管泵浦波长采用792nm，所述激光侧泵模块1作为产生2μm激光的能量来源；
偏振元件2采用45°偏振平板分束镜，材质为N-SF1玻璃，以提高激光器的偏振比；
五角棱镜3侧面抛光，在S1、S2面上镀有振荡光增透膜，其中所述五角棱镜31、33和34在S3、S4面上镀有振荡光20°±10°高反膜；五角棱镜32在S3面上镀有振荡光20°±10°反射率99％的介质膜，S4面上镀有振荡光20°±10°高反膜；
五角棱镜3保证入射激光和出射激光在水平方向严格呈90°夹角，受外界振动干扰也能保证激光严格按照矩形传播，具有良好的自适应能力；
补偿透镜4为焦距2000mm的平凸透镜透镜，两面镀有2～2.1μm波段增透膜，用于补偿谐振腔内激光模式，改变腔内模式分布；
光楔5为2°平斜镜，两面镀有2～2.1μm波段增透膜，在激光器内对称放置调节激光器受结构加工误差带来的角度误差；
内反射直角棱镜6侧面抛光，大面S1镀有2～2.1μm波段增透膜，激光在直角面处发生全反射，确保入射激光和反射激光在水平方向严格平行；
外反射直角棱镜7侧面抛光，直角面S2、S3镀有2～2.1μm波段高反膜，激光在直角面处反射激光，确保入射激光和反射激光在水平方向严格平行；
内反射直角棱镜6和外反射直角棱镜7共同组合保证激光器腔长不变的情况下(大于25m)，将激光器平面尺寸缩小30％以上，同时进一步提高了激光器抗振性；
五角棱镜3、补偿透镜4、内反射直角棱镜6和外反射直角棱镜7共同组成激光器谐振腔；
声光调Q元件8采用熔石英晶体，两面镀2～2.1μm波段增透膜；
45°部分透过率镜9，一面镀有2～2.1μm波段增透膜，另一面镀有2～2.1μm波段透过率30％介质膜，所述45°部分透过率镜9作为耦合输出镜，一侧通过反射将种子光注入到激光器谐振腔内，另一侧将激光器产生的2μm激光发射出来；
单频种子激光器10采用钬光纤激光器，发射2μm单频激光，线宽10kHz，所述单频种子激光器10具有两路激光输出，一路用于拍频探测，一路通过所述45°部分透过率镜9注入到激光器谐振腔内；
移频器11采用同源双路声光移频，材质采用熔石英晶体，两面镀2～2.1μm波段增透膜，移频量105MHz；
隔离器12采用45°磁光晶体，隔绝激光器返回光对所述单频种子激光器造成损伤；
直角反射棱镜13用来反射种子光，通过所述45°部分透过率镜9注入到激光器谐振腔内；
五角棱镜3、补偿透镜4、光楔5、外反射直角棱镜6和内反射直角棱镜7、45°部分透过率镜9和直角反射棱镜的13材质为7979玻璃；
压电陶瓷促动器14选用柱形压电陶瓷促动器，所述压电陶瓷促动器14与所述外反射直角棱镜72相连，通电时所述压电陶瓷促动器14连带所述外反射直角棱镜72伸缩，使得注入种子光在激光器内产生周期性干涉信号；
光电探测器15采用增强型InGaAs光电探测器，位于所述五角棱镜S2面后探测注入种子光干涉信号，根据探测到的干涉峰控制所述声光调Q元件8是否开门。
通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
如图4所示，对于单频脉冲激光器腔长直接决定激光脉宽与线宽。
如图5所示，本实施例中，当五角棱镜组3发生失调时，偏转方向能更好地保持激光的输出能量，失调不敏感性更好。在激光器输出能量下降至原来80％时，偏摆方向倾斜角度约为10.41mrad，远远大于常规平面镜200μrad的容限；
对于激光器，谐振腔就是一个F-P腔，对于波长一定的激光，当F-P腔长度沿一个方向变化时，腔对该波长的损耗存在一个周期性的变化，对于驻波振荡器其峰值条件：
对于行波振荡器(环腔激光器)其峰值条件L＝qλ，可以看出行波激光器为了实现相同数量的谐振峰所需要的PZT位移量是驻波的2倍，这就要求PZT所加电压增大一倍，考虑到有负载的情况下，位移量越大PZT线性度越差，激光单频特性就越容易受到影响。本技术方案将PZT安装在直角棱镜上，这样当PZT移动1个周期，等效光路就移动了4倍，这样就将PZT所需的电压降低了4倍，有效提高了系统稳定性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：包括激光侧泵模块(1)、偏振元件(2)、五角棱镜组(3)、补偿透镜组(4)、光楔组(5)、内反射直角棱镜组(6)、外反射直角棱镜组(7)、声光调Q元件(8)、45°部分透过率镜(9)、单频种子激光器模块(10)、移频器(11)、隔离器(12)、直角反射棱镜(13)、压电陶瓷促动器(14)和光电探测器(15)；
所述五角棱镜组(3)包括依次进行光路90°转折并按照逆时针顺序排列的第一五角棱镜(31)、第二五角棱镜(32)、第三五角棱镜(33)和第四五角棱镜(34)，所述第一五角棱镜(31)、所述第二五角棱镜(32)、所述第三五角棱镜(33)和所述第四五角棱镜(34)沿横向和纵向对称分布；
所述补偿透镜组(4)包括第一补偿透镜(41)和第二补偿透镜(42)；
所述光楔组(5)包括第一光楔(51)和第二光楔(52)；
所述偏振元件(2)和所述第一五角棱镜(31)依次与所述激光侧泵模块(1)的一端光连接，所述第四五角棱镜(34)与所述激光侧泵模块(1)的另一端光连接；
所述第一五角棱镜(31)和所述第二五角棱镜(32)之间的光路上依次设置所述第一补偿透镜(41)和所述第一光楔(51)，所述第四五角棱镜(34)和所述第三五角棱镜(33)之间的光路上依次设置所述第二补偿透镜(42)和所述第二光楔(52)；
所述内反射直角棱镜组(6)和所述外反射直角棱镜组(7)分别位于所述第一光楔(51)、所述第二五角棱镜(32)之间的光路上和所述第二光楔(52)、所述第三五角棱镜(33)的之间光路上，所述内反射直角棱镜组(6)和所述外反射直角棱镜组(7)交叉光连接以进行激光器平面尺寸压缩；
所述声光调Q元件(8)和所述45°部分透过率镜(9)依次位于所述第二五角棱镜(32)和所述第三五角棱镜(33)之间的光路上并进行光连接；
所述单频种子激光器模块(10)、所述移频器(11)、所述隔离器(12)、所述直角反射棱镜(13)和所述45°部分透过率镜(9)依次光连接并通过所述45°部分透过率镜(9)向激光谐振腔内注入种子光，所述45°部分透过率镜(9)也可将激光输出；
所述压电陶瓷促动器(14)与所述外反射直角棱镜组(7)连接并在通电时带动所述外反射直角棱镜组(7)伸缩使得注入的种子光在激光器内产生干涉信号；
所述光电探测器(15)设置在所述第二五角棱镜(32)一侧并探测所述第二五角棱镜(32)中是否注入种子光。
2.根据权利要求1所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：所述内反射直角棱镜组(6)包括第一内反射直角棱镜(61)和第二内反射直角棱镜(62)；
所述外反射直角棱镜组(7)包括第一外反射直角棱镜(71)和第二外反射直角棱镜(72)；
所述第一外反射直角棱镜(71)设置在所述第一光楔(51)、所述第二五角棱镜(32)之间的光路上，所述第一外反射直角棱镜(71)与所述第二内反射直角棱镜(62)平行设置且直角朝向相同；
所述第一外反射直角棱镜(71)的第一直角面将所述第一光楔(51)的输出光反射至所述第二内反射直角棱镜(62)第一直角面上再反射至第二直角面上，所述第二内反射直角棱镜(62)第二直角面再将光反射回所述第一外反射直角棱镜(71)的第二直角面上，所述第一外反射直角棱镜(71)的第二直角面将光反射至所述第二五角棱镜(32)上进行光路90°转折；
所述压电陶瓷促动器(14)与所述第二外反射直角棱镜(72)连接。
3.根据权利要求2所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：
所述第二外反射直角棱镜(72)设置在所述第二光楔(52)、所述第三五角棱镜(33)的光路上，所述第二外反射直角棱镜(72)和所述第一内反射直角棱镜(61)平行设置且直角朝向相同，所述第二外反射直角棱镜(72)和所述第一外反射直角棱镜(71)的直角朝向相对；
所述第二外反射直角棱镜(72)的第一直角面将所述第二光楔(52)的出射光反射至所述第一内反射直角棱镜(61)第一直角面再反射至第二直角面上，所述第一内反射直角棱镜(61)第二直角面再将光反射回所述第二外反射直角棱镜(72)的第二直角面上，所述第二外反射直角棱镜(72)的第二直角面将光反射至所述第三五角棱镜(33)上进行光路90°转折。
4.根据权利要求3所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：所述第一内反射直角棱镜(61)和所述第二内反射直角棱镜(62)的侧面均抛光，所述第一内反射直角棱镜(61)的最大面和所述第二内反射直角棱镜(62)的最大面均镀增透膜；
所述第一外反射直角棱镜(71)和所述第二外反射直角棱镜(72)的侧面均抛光，所述第一外反射直角棱镜(71)的第一直角面、第二直角面，所述第二外反射直角棱镜(72)的第一直角面、第二直角面均镀高反膜。
5.根据权利要求1所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：种子光和振荡光均从所述第一五角棱镜(31)、所述第二五角棱镜(32)、所述第三五角棱镜(33)、所述第四五角棱镜(34)镀有增透膜的一侧进入、经镀有高反膜的两侧反射后从另一个镀有增透膜的侧面输出。
6.根据权利要求5所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：所述第一五角棱镜(31)、所述第三五角棱镜(33)和所述第四五角棱镜(34)反射一侧均镀有20°±10°高反膜；
所述第二五角棱镜(32)振荡光入射一侧镀有20°±10°反射率99％的介质膜、相对一侧镀有20°±10°高反膜。
7.根据权利要求1所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：
所述激光侧泵模块(1)包括激光晶体和激光二极管；
所述激光晶体为以下任意一种：Nd:YAG、Nd:YVO4、Tm,Ho:YLF、Tm,Ho:YAG、Tm:YLF、Tm:YAG、Tm:YAP、Tm:Y2O3晶体，所述激光二极管的泵浦波长为780nm～820nm；
所述偏振元件(2)为45°偏振平板分束镜或布儒斯特角偏振平板分束镜或偏振分束立方体、材质为紫外熔融石英或N-SF1玻璃或H-LaK67玻璃；
所述补偿透镜组(4)为两面镀有振荡光增透膜的曲面透镜；
所述光楔组(5)为角度0.5°～5°、两面镀有振荡光增透膜的平斜镜；
所述声光调Q元件(8)的两面镀振荡光增透膜、材质为熔石英晶体。
8.根据权利要求1所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：
所述45°部分透过率镜(9)的一面镀有振荡光增透膜、另一面镀有10％～50％透过率介质膜；
所述单频种子激光器(10)为线宽窄于30kHz、发射单频激光的光纤激光器或者固体激光器，所述单频种子激光器(10)设置两路输出、一路用于拍频探测、另一路注入到激光器内；
所述移频器(11)为两面镀振荡光增透膜、移频量40～120MHz的熔石英晶体同源双路声光移频器；
所述隔离器(12)为具有偏转角的磁光晶体；
所述五角棱镜组(3)、所述补偿透镜组(4)、所述光楔组(5)、所述外反射直角棱镜组(6)、所述内反射直角棱镜(7)、所述45°部分透过率镜(9)和所述直角反射棱镜的(13)的材质均为7979玻璃；
所述压电陶瓷促动器(14)为柱形压电陶瓷促动器；
所述光电探测器(15)为增强型InGaAs光电探测器。
9.根据权利要求1所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：所述环形单频激光器产生振荡光并输出激光的方法如下：种子光通过所述45°部分透过率镜(9)注入谐振腔后照射到所述激光侧泵模块(1)产生振荡光，激光通过所述45°部分透过率镜(9)输出；
振荡光依次经所述第一五角棱镜(31)、所述第一补偿透镜(41)、第一光楔(51)、第一外反射直角棱镜(71)、第二内反射直角棱镜(62)、第二五角棱镜(32)、第三五角棱镜(33)、第二外反射直角棱镜(72)、第一内反射直角棱镜(61)、第二光楔(52)、第二补偿透镜(42)和第四五角棱镜(34)；
所述第一五角棱镜(31)、所述第二五角棱镜(32)、所述第三五角棱镜(33)和所述第四五角棱镜(34)使光按照矩形传播并消除因光学元件在平面内受振动影响带来的光路偏折；
所述第一补偿透镜(41)和所述第二补偿透镜(42)补偿谐振腔内激光模式、改变腔内模式分布；
所述第一光楔(51)和所述第二光楔(52)对称放置以调节激光器受结构加工误差带来的角度误差；
所述第一内反射直角棱镜(61)和所述第二内反射直角棱镜(62)使入射光在直角面发生全反射并使入射光和反射光在水平方向平行；
所述第一外反射直角棱镜(71)和所述第二外反射直角棱镜(72)在直角面处反射激光以使入射光和反射光在水平方向平行；
所述第一内反射直角棱镜(61)和所述第二外反射直角棱镜(72)组合使用、所述第二内反射直角棱镜(62)和所述第一外反射直角棱镜(71)组合使用以在同样的激光器腔长下缩小激光器平面尺寸、提高激光器抗振性；
所述压电陶瓷促动器(14)与所述第二外反射直角棱镜(72)相连并带动所述第二外反射直角棱镜(72)伸缩，当所述压电陶瓷促动器(14)移动1个周期时等效光路移动4倍。
10.根据权利要求9所述的一种高抗振大能量环形单频激光器，其特征在于：环形单频激光器的种子光注入方法如下：所述单频种子激光器(10)输出单频激光依次经所述移频器(11)移频后输出至所述隔离器(12)，所述隔离器(12)隔绝激光器返回光对所述单频种子激光器(10)造成损伤并将所述移频器(11)输出的种子光输出至所述直角反射棱镜的(13)，所述直角反射棱镜的(13)将种子光反射至所述45°部分透过率镜(9)并依次反射至所述声光调Q元件(8)、所述第二五角棱镜(32)，所述光电探测器(15)探测到注入的种子光干涉信号后根据探测到的干涉峰控制所述声光调Q元件(8)是否开门。
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|---|---|---|---|
| CN202311281705.0A CN117543317A (zh) | 2023-10-07 | 2023-10-07 | 一种高抗振大能量环形单频激光器 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311281705.0A CN117543317A (zh) | 2023-10-07 | 2023-10-07 | 一种高抗振大能量环形单频激光器 |
Publications (1)
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| CN117543317A true CN117543317A (zh) | 2024-02-09 |
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ID=89784960
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311281705.0A Pending CN117543317A (zh) | 2023-10-07 | 2023-10-07 | 一种高抗振大能量环形单频激光器 |
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|---|---|
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-
2023
- 2023-10-07 CN CN202311281705.0A patent/CN117543317A/zh active Pending
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