CN203573039U

CN203573039U - 一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器

Info

Publication number: CN203573039U
Application number: CN201320720177.XU
Authority: CN
Inventors: 柴俊杰; 钱金宁; 李新义; 陈日升
Original assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Current assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2023-11-15

Abstract

本实用新型公开了一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，包括偏振棱镜，在偏振棱镜的一侧设置有Ⅰ号准直光阑，在Ⅰ号准直光阑的另一侧设置有电光晶体，在电光晶体的另一侧设置有Ⅱ号准直光阑，在电光晶体两外侧端各设置有射频电源。本实用新型结构简单、操作方便、稳定性好等优点，具有调节连续变化，可以应用于激光光谱学实验、激光质谱分析等领域。

Description

一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器

技术领域

本实用新型属于一种激光线宽腔外调制器，具体涉及一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器。

背景技术

激光器的线宽取决于激光器本身的谐振腔结构、选频部件和振荡模式等，一般不能进行调节，少数激光器可以通过更换、增减选频部件来实现激光线宽的变化，但都不能进行连续的调节，而且因变化过程是通过改变谐振腔部件来实现，每次变化都需要重新调整谐振腔，这对于大多数激光器来说都是一个繁琐而费时的过程。

激光器是较为昂贵的设备，在现有激光器的基础上，通过技术手段来实现激光线宽的扩展，这将为激光光谱学和激光共振质谱等研究提供很大的帮助。某些晶体材料在外加电场中，随着电场强度的改变，晶体折射率会发生改变，这种现象成为电光效应。电光效应引起的折射率变化的主要部分是一次电光效应，其效果远大于二次效应等高阶效应，一次电光效应被称之为线性电光效应或者普克尔效应。

基于电光晶体的激光线宽腔外调制器是利用这类电光晶体在外加电场的作用下所产生的电光效应而制成的器件，当外加电场为高频正弦波时，晶体在电场方向的折射率就会随时间高频正弦变化，当激光束通过晶体时，激光束在电场方向也随之产生一个随时间高频正弦变化的相位量。通过这种对激光频谱的高频调制方式，使得激光在频域上的随之扩展，从而在一程度上实现激光线宽的连续调制。通过控制外加电场的频率和振幅，激光线宽腔外调制器就可以在腔外将激光线宽调制到需要的数值。

发明内容

本实用新型是为了克服现有技术的缺点而提出的，其目的是提供一种具有调节连续变化、结构简单、操作方便、稳定性好的基于电光晶体的激光线宽腔外调制器。

本实用新型的技术方案是：一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，包括偏振棱镜，在偏振棱镜的一侧设置有Ⅰ号准直光阑，在Ⅰ号准直光阑的另一侧设置有电光晶体，在电光晶体的另一侧设置有Ⅱ号准直光阑，在电光晶体两外侧端各设置有横向电极，横向电极与射频电源连接。

所述的电光晶体的通光孔径为2mm，半波电压为10-31V。

所述的射频电源最高输出电压为30V，射频频率为70MHz。

本实用新型结构简单、操作方便、稳定性好等优点，具有调节连续变化，可以应用于激光光谱学实验、激光质谱分析等领域。

附图说明

图1 是本实用新型一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器结构示意图；

图2 是未对激光束调制的频谱测量结果；

图3 是用本实用新型对激光束调制后的频谱测量结果。

其中：

1 偏振棱镜 2 Ⅰ号准直光阑

3 电光晶体 4 Ⅱ号准直光阑

5 横向电极 6 射频电源

7 调制前激光束 8 调制后激光束。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本实用新型的一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器进行详细说明：

如图1所示，一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，包括偏振棱镜1，在偏振棱镜1的一侧设置有Ⅰ号准直光阑2，在Ⅰ号准直光阑2的另一侧设置有电光晶体3，在电光晶体3的另一侧设置有Ⅱ号准直光阑4，在电光晶体3两外侧端各设置有横向电极5，横向电极5与射频电源6连接。

其中，电光晶体3选用成品电光晶体（New Focus Standard Phase Modulator 4001，市售），采用MgO:LiNbO₃晶体，通光孔径2mm，半波电压10-31V。射频电源6采用New Focus公司的3211型射频电源（市售），最高输出电压为30V，射频频率为70MHz。

本实用新型的工作过程是：

调制前激光束7先通过偏振棱镜1，以提高偏振的消光比，并依靠Ⅰ号、Ⅱ号两个准直光阑2、4使得激光束与电光晶体3进行准直，激光束偏振方向要与两片横向电极5垂直，使得外加电场和激光束偏振方向平行，调制后激光束8经Ⅱ号准直光阑4输出。

这一准直过程是进行激光线宽腔外调制的极为重要的一环。在准直时，我们将先固定好电光晶体3，并调节其支撑架，使晶体上的两片横向电极5完全水平，之后将中心高度调节至电光晶体3通光高度一致的两个准直光阑固定在电光晶体两侧，使两个准直光阑的中心与电光晶体的通光中心保持共轴。之后将激光束调节至与上面光轴同一高度，并通过偏振棱镜反射进入上面通光光路。

射频电源6用于产生高频正弦波电压，并将电场加载到两片横向电极5上，使电光晶体内部在垂直于横向电极方向，产生一个高频正弦变化的电场。根据普克尔效应，电光晶体在电场方向的折射率将也随之按高频正弦变化。

按上面方式准直入射进入电光晶体的激光束，将在其偏振方向上也同步产生一个高频正弦变化的相位量。这时的激光振荡表达式按照贝塞尔函数进行展开后，可以发现激光在频谱除了调制前的频谱峰之外，会额外产生出多级的边频峰，这就使得激光频谱在频谱上得以扩展。合理地配置外加电场的频率和振幅，就能实现激光线宽的连续调节。

另外，利用本实用新型进行激光线宽的连续调制实验时，采用的激光光源为Coherent公司的899-01型环形染料激光器，单纵膜工作模式，染料选用Rd110，采用氩离子激光器泵浦。激光器出光参数：激光功率为1W、激光波长为560.000nm，偏振状态为竖直偏振，消光比>100:1，激光线宽为142.0MHz。

采用共焦球面FP扫描干涉仪对激光线宽进行测量，其自由光谱程为3.9GHz，精细常数大于100，工作波段为550-630nm，带宽小于39MHz。

如图2所示，调制前（无外加电场、振幅为0.0V）的激光束的频谱由共焦球面FP扫描干涉仪测量得到的结果，此时测量得到的激光线宽为142MHz。

如图3所示，在经过本实用新型调制后（外加电场频率70MHz，振幅为25.5V）的激光束频谱由共焦球面FP扫描干涉仪测量得到的结果，此时测量得到的激光线宽为750MHz。

表1为不同射频电源输出电压下，调制后的激光线宽通过共焦球面FP扫描干涉仪测量得到的数据。

表1

Figure 201320720177X100002DEST_PATH_IMAGE001

由表1可以看出，本实用新型的基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，对激光器线宽实现了连续调节。

本实用新型还建立了模拟激光频谱扩展的计算模型，根据电光晶体的普克尔效应，模拟了不同外加电场参数下，激光频谱的扩展效果，从而可以对激光线宽腔外调制器的定制和调节进行设计。

Claims

1.一种基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，其特征在于：包括偏振棱镜（1），在偏振棱镜（1）的一侧设置有Ⅰ号准直光阑（2），在Ⅰ号准直光阑（2）的另一侧设置有电光晶体（3），在电光晶体（3）的另一侧设置有Ⅱ号准直光阑（4），在电光晶体（3）两外侧端各设置有横向电极（5），横向电极（5）与射频电源（6）连接。

2.根据权利要求1所述的基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，其特征在于：所述的电光晶体（3）的通光孔径为2mm，半波电压为10-31V。

3.根据权利要求1所述的基于电光晶体的激光线宽腔外调制器，其特征在于：所述的射频电源（6）最高输出电压为30V，射频频率为70MHz。