CN204481322U - 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 - Google Patents
一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN204481322U CN204481322U CN201520143627.2U CN201520143627U CN204481322U CN 204481322 U CN204481322 U CN 204481322U CN 201520143627 U CN201520143627 U CN 201520143627U CN 204481322 U CN204481322 U CN 204481322U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- mirror
- rubidium
- laser
- light
- multiterminal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 32
- 101100456571 Mus musculus Med12 gene Proteins 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 91
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium atom Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 91
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims abstract description 31
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims abstract description 31
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims abstract description 31
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 27
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 23
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000009738 saturating Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims description 24
- OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N Ethane Chemical compound CC OTMSDBZUPAUEDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 9
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims description 8
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 claims description 7
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000003760 hair shine Effects 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 7
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical group [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 239000003708 ampul Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 230000002939 deleterious effect Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000960 laser cooling Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
本实用新型公开了一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统。可调谐半导体激光功率放大系统包括半导体激光器及放大器、两个隔离器、两个平面全反镜、两个半波片、两个半透半反镜、高透低反镜、铷蒸气饱和吸收池与光探测器；种子光系统包括聚焦透镜、偏振分束镜、温控箱、铷蒸气池、凹面全反镜和平面输出耦合镜；侧面多端对称泵浦MOPA系统包括平面全反镜、半导体激光阵列、扩束镜、透明石英管和铷蒸气池。本实用新型提高了碱金属蒸气对泵浦光的单程吸收效率，具有稳定平凹谐振腔，保障种子光稳定输出；避免了蒸气沉积，延长了蒸气池使用寿命；以侧面多端对称光束耦合方式保证了泵浦光和扩束后种子光模式的高度匹配，获得高质量高效率的放大光。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种蒸气激光MOPA系统，尤其是涉及一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA（master oscillator power amplifier）系统。
背景技术
半导体激光泵浦碱金属蒸气激光DPALs(diode-pumped alkali vopor lasers)是具有高光束质量的高效高功率近红外激光输出的新型激光器件，这些近红外激光在激光冷却、定向能量传输、材料处理等方面有广泛的应用前景，近些年来引起了研究人员的极大兴趣和深入研究，并取得了重大进展。采用MOPA系统是提高碱金属蒸气激光功率的同时保证光束质量、避免热效应的有效途径，目前实验上在纵向泵浦和横向单端泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统方面已取得一系列进展，而横向多端对称泵浦尚未有相关实验成果。为了获得稳定、高效、高功率和高质量的碱金属蒸气激光输出，除需要达到泵浦阈值功率和阈值温度外，还需要满足以下条件：一是要有波长与碱金属原子D2吸收线中心波长吻合的泵浦光，将碱金属原子从基态泵浦到吸收线上能级，并且需要泵浦源的输出波长无漂移无跳模； 二是要有高质量且稳定输出的种子光，以及满足腔镜同轴、腔模和泵浦光束较高模式匹配的谐振腔；三是要有提供激光放大的MOPA系统，种子光和泵浦光在放大池内也要有较高的模式匹配；四是种子光蒸气池和放大光蒸气池要有适量的缓冲气体和温控系统，在防止碱金属原子与缓冲气体产生化学反应的同时，保证蒸气池窗口温度要比其中间温度高以避免碱金属蒸气在窗口的沉积。这些条件的满足是制约侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统出光及稳定输出的技术难题。
实用新型内容
为解决背景技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA（master oscillator power amplifier）系统，功率可调、光束质量高、热效应低，该系统使用窄线宽可调谐的泵浦光源，将泵浦光源种子激光的波长精确调至铷原子的吸收中心波长780.24nm，调波长时尽量锁定电流模块，这样便于泵浦光的稳定输出；在铷池内充入600Torr的乙烷气体，增加铷原子从泵浦上能级到激光上能级的弛豫速率；通过在凹面全反镜与控温箱间加入1/4波片，将凹面全反镜与平面输出耦合镜精确调至同轴，构成稳定的平凹谐振腔；使用高精度温控装置，使铷蒸气池窗口的温度高于其中间5度，避免了铷蒸气在窗口的沉积。对种子光和放大光蒸气池分别采用温控箱和带温控的透明石英管作为温控系统，以满足纵向和横向两种泵浦方式的需要。采用侧面多端对称泵浦结构，以使泵浦光与种子光模式高度匹配，具体可使用两端、四端、六端乃至八端泵浦，泵浦端数越高则泵浦光在放大池内分布越均匀，模式匹配也越高。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
半导体激光器发出的种子激光经第一隔离器后入射到第一平面全反镜上，第一平面全反镜的反射光经第一半波片后由第一半透半反镜分成透射光和反射光，第一半透半反镜的透射光经高透低反镜再分成一束透射光和两束反射光；
高透低反镜的透射光经全反镜出射到第二半透半反镜上再反射并通过铷蒸气饱和吸收池的中心轴，选择高透低反镜其中任一一束反射光通过铷蒸气饱和吸收池中心轴出射，来自高透低反镜的该束反射光经铷蒸气饱和吸收池后入射到光探测器；
第一半透半反镜的反射光依次经半导体激光放大器放大、第二隔离器、第二半波片、聚焦透镜后入射到偏振分束镜上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束镜的透射光入射到温控箱的铷蒸气池中吸收并产生垂直偏振的铷蒸气激光，未被吸收的泵浦光与产生的铷蒸气激光经凹面全反镜反射出射后再经铷蒸气池回到偏振分束镜分为一束透射光和一束反射光：偏振分束镜的该束透射光为水平偏振的泵浦光，透过偏振分束镜依次经聚焦透镜、第二半波片出射到第二隔离器处被隔离；偏振分束镜的该束反射光为垂直偏振的铷蒸气激光，经平面输出耦合镜入射到平面全反镜上发生反射，再经扩束镜扩束后进入透明石英管中的铷蒸气放大池最终输出放大光，铷蒸气放大池的侧面设有用于发出泵浦光的多个半导体激光阵列。
所述的平面输出耦合镜的反射率为22%，高透低反镜的透射率为92%，反射率为8%。
所述的凹面全反镜与平面输出耦合镜构成“L”型平凹谐振腔，凹面全反镜与偏振分束镜之间的距离加上偏振分束镜与平面输出耦合镜之间的距离小于凹面全反镜的焦距50cm。
所述的半导体激光阵列发出的泵浦光经光束耦合系统进入铷蒸气放大池。
所述的透明石英管带有温控系统，透明石英管缠有温控带以使得铷蒸气放大池温度可控。
所述的所有半导体激光阵列发出泵浦光叠加后的光斑与扩束后种子光的光斑模式高度匹配。
所述的半导体激光器输出光为波长可调谐、线宽小于1MHz的种子激光，吸收中心波长为780.24nm，出射种子激光的偏振状态为水平偏振。
所述的多个半导体激光阵列间隔均布对称位于铷蒸气放大池侧周围。
所述的第一平面全反镜与第一半透半反镜垂直，聚焦透镜的焦距为15cm。
所述的铷蒸气池置于温控箱内，所述铷蒸气池内充有600Torr的乙烷气体；铷蒸气池中心置于聚焦透镜的焦点处。
本实用新型具有的有益效果是：
1、本实用新型使用窄线宽可调谐的泵浦光源，将其波长调至铷蒸气吸收线的中心波长，并通过锁频技术将其锁定，使铷蒸气对泵浦光的单程吸收高达95%。
2、本实用新型在铷池内充入600Torr的乙烷气体，增加铷原子从泵浦上能级到激光上能级的弛豫速率，保障了铷蒸气激光产生的条件。
3、本实用新型通过在凹面全反镜与控温箱间加入1/4波片，将凹面全反镜与平面输出耦合镜精确调至同轴，构成稳定的平凹谐振腔。
4、本实用新型使用可控的温度控制方法，使铷蒸气池窗口的温度高于其中间5度，避免了铷蒸气在窗口的沉积，在保持最小功率损耗的同时延长了铷池的使用寿命。
5、本实用新型采用带温控带的透明石英管作为放大池的温控系统，在保证侧面多个LDAs产生的泵浦光能耦合进入铷蒸气放大池的同时保证放大池的温度可控，侧面多端对称泵浦结构使泵浦光在放大池内更均匀地分布，使其与种子光能产生较高的模式匹配，保证了放大光的高质量稳定输出。
附图说明
附图1是本实用新型的光路图。
图中：1、半导体激光器，2、第一隔离器，3、第一平面全反镜，4、第一半波片，5、第一半透半反镜，6、半导体激光放大器，7、第二隔离器，8、第二半波片，9、高透低反镜，10、第二平面全反镜，11、铷蒸气饱和吸收池，12、第二半透半反镜，13、光探测器，14、聚焦透镜，15、偏振分束镜，16、温控箱，17、铷蒸气池，18、1/4波片，19、凹面全反镜，20、平面输出耦合镜，21、第三平面全反镜，22、半导体激光阵列，23、扩束镜，24、透明石英管，25、铷蒸气放大池。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式做进一步说明。
如图1所示，本实用新型具体光路结构如下：半导体激光器1发出的种子激光经第一隔离器2后入射到第一平面全反镜3上，第一平面全反镜3的反射光经第一半波片4后由第一半透半反镜5分成透射光和反射光，第一半透半反镜5的透射光经高透低反镜9再分成一束透射光和两束反射光，高透低反镜9反射的两束反射光分别由高透低反镜9前、后镜面产生。
如图1所示，高透低反镜9的透射光经全反镜10出射到第二半透半反镜12上再反射并通过铷蒸气饱和吸收池11的中心轴，选择高透低反镜9其中任一一束反射光通过铷蒸气饱和吸收池11中心轴出射，来自高透低反镜9的该束反射光经铷蒸气饱和吸收池11后入射到光探测器13，通过锁频技术将半导体泵浦光中心波长锁定在碱金属原子的吸收中心波长，从而产生稳定泵浦光。
如图1所示，第一半透半反镜5的反射光依次经半导体激光放大器6放大、第二隔离器7、第二半波片8、聚焦透镜14后入射到偏振分束镜15上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束镜15的透射光入射到温控箱16的铷蒸气池17中吸收并产生垂直偏振的铷蒸气激光，铷蒸气池17中的基态铷原子吸收泵浦光后被激发到泵浦上能级，再与铷蒸气池17中的乙烷碰撞被转移到激光上能级，产生铷蒸气激光；未被吸收的泵浦光与产生的铷蒸气激光经凹面全反镜19反射出射后再经铷蒸气池17回到偏振分束镜15分为一束透射光和一束反射光：偏振分束镜15的该束透射光为水平偏振的泵浦光，透过偏振分束镜15依次经聚焦透镜14、第二半波片8出射到第二隔离器7处被隔离；偏振分束镜15的该束反射光为垂直偏振的铷蒸气激光，经平面输出耦合镜20入射到平面全反镜21上发生反射，再经扩束镜23扩束后进入透明石英管24中的铷蒸气放大池25最终输出放大光，铷蒸气放大池25置于透明石英管24内，铷蒸气放大池25的侧面设有用于发出泵浦光的多个半导体激光阵列22。
本实用新型在同一直线上的各光学元件的中心在同一光轴上：半导体激光器1和第一隔离器2在同一光轴上，半导体激光放大器6、第二隔离器7、第二半波片8、聚焦透镜14、偏振分束镜15、铷蒸气池17和凹面全反镜19在同一光轴上，铷蒸气饱和吸收池11、第二半透半反镜12和光探测器13在同一光轴上，平面全反镜21、扩束镜23、透明石英管24和铷蒸气放大池25在同一光轴上。
平面输出耦合镜20的反射率为22%，高透低反镜9的透射率为92%，反射率为8%。
凹面全反镜19与平面输出耦合镜20构成“L”型平凹谐振腔，凹面全反镜19与偏振分束镜15之间的距离加上偏振分束镜15与平面输出耦合镜20之间的距离小于凹面全反镜19的焦距50cm，即平凹谐振腔“L”的总长度小于凹面全反镜19的焦距50cm。
半导体激光阵列22发出的泵浦光经光束耦合系统进入铷蒸气放大池25，其光束耦合系统可采用透镜组。
透明石英管24带有温控系统，透明石英管24缠有温控带以使得铷蒸气放大池25温度可控。
扩束镜23对种子光进行扩束，使其被增益介质高效放大，所有半导体激光阵列22发出泵浦光叠加后的光斑与扩束后种子光的光斑模式高度匹配，即其束腰与种子光束腰相匹配，从而对种子光进行高效泵浦。
半导体激光器1输出光为波长可调谐、线宽小于1MHz的种子激光，吸收中心波长为780.24nm，出射种子激光的偏振状态为水平偏振。半导体激光器1输出的种子激光可通过调节半导体激光电源中的压电陶瓷驱动模块，将种子激光的波长调至铷原子的吸收中心波长780.24nm，并通过稳频光路9-13进行锁频；种子激光水平出射后进半导体激光放大器6进行功率放大，通过调节激光放大器的工作电流调节输出泵浦光功率。
多个半导体激光阵列22间隔均布对称位于铷蒸气放大池25侧周围，半导体激光阵列22的数量可为偶数，即2、4、6、…等。
第一平面全反镜3与第一半透半反镜5垂直，聚焦透镜14的焦距为15cm。
铷蒸气池17置于温控箱16内，所述铷蒸气池17内充有600Torr的乙烷气体；铷蒸气池17中心置于聚焦透镜14的焦点处。
优选的半导体激光器1可采用ECL801型窄线宽Littrow 结构外腔半导体激光器1，半导体激光放大器6 可采用TAL100型半导体激光放大器，当采用上述激光器和放大器时，具体实施中第一隔离器2和第二隔离器7之间的隔离度>60 dB。
本实用新型窄线宽可调谐半导体纵向单端泵浦铷蒸气激光的光路系统，包括可调谐半导体激光功率放大系统、种子光系统、侧面多端对称泵浦MOPA系统，其中：
1)可调谐半导体激光功率放大系统：主要由半导体激光器1、第一隔离器2、平面全反镜3、第一半波片4、第一半透半反镜5、半导体激光放大器6、第二隔离器7、第二半波片8、高透低反镜90、第二平面全反镜10、铷蒸气饱和吸收池11、第二半透半反镜12和光探测器13组成。
具体实施中可选择ECL801型Littrow 结构外腔半导体激光器1，其输出波长可调谐、线宽小于1MHz的激光并经TAL100型半导体激光放大器6进行功率放大，通过调节激光放大器的工作电流调节输出泵浦激光功率，通过锁频系统将其波长锁定在铷蒸气中心波长，稳定中心谱线，从而保证铷蒸气种子激光的稳定性。
2) 种子光系统：主要由聚焦透镜14、偏振分束镜15、温控箱16、铷蒸气池17、1/4波片18、凹面全反镜19和反射率为22%的平面输出耦合镜20组成。具体实施中可选择使用的聚焦透镜14的焦距为15cm，铷蒸气池17置于温控箱16内，且中心置于聚焦透镜14的焦点处。凹面全反镜19置于温控箱16右端近处以提供良好的模式匹配。该种子光系统不仅能保证较好的种子光光束质量，并且功率可调。
3) 侧面多端对称泵浦MOPA系统：主要由第三平面全反镜21、半导体激光阵列22、扩束镜23、带温控系统的透明石英管24和铷蒸气池25。扩束镜23将对种子光进行扩束以被增益介质高效吸收，侧面多个半导体激光阵列22所发的泵浦光通过光束耦合系统耦合经带温控系统的透明石英管24进入铷蒸气放大池25，透明石英管24不影响其光强分布，而侧面多端对称泵浦结构能使泵浦光与种子光光斑相匹配，且比纵向泵浦光路简单，调节方便。
本实用新型的具体实施过程和原理如下：
可调谐半导体激光功率放大系统：ECL801型Littrow 结构外腔半导体激光器1利用光栅的色散选择作用，使得激光增益中频率很窄的一部分发射谱反馈至激光管内，增加了出射激光模式的竞争性，使得激光更容易工作在单纵模与窄线宽状态。波长范围为780~785nm，输出激光线宽<1MHz，无跳模调谐范围为12GHz，输出激光光束质量M2<1.5，边模抑制比为40~50dB，工作温度在20~30℃。激光头固定在散热良好的热沉上，出射种子激光的偏振状态为水平偏振，经第一半透半反镜5，一半进入稳频光路，一半进入TAL100型可调谐半导体激光放大器6，该放大器是利用半导体材料的受激辐射放大原理，实现相干光放大的器件，主要由半导体激光放大器芯片与驱动电源构成，可对多个波长的半导体激光的功率进行放大，单程最大放大倍数约为67。输出激光线宽<1MHz，无跳模调谐范围为12GHz，输出激光光束质量M2<1.5，边模抑制比为40~50dB，工作温度在21~25℃。为防止反射的泵浦光对激光器造成损伤，在种子激光器和放大器前分别放置一个60dB的隔离器2、7以隔离反射光。
为了防止机械的漂移使注入效果变差，以致放大效率降低，可以定期对第一平面全反镜3、第一半透半反镜5和第一半波片4进行优化调节，以保持最大的耦合效率。调节第二半波片8可使出射泵浦光透过率最高。另一半进入稳频光路的半导体种子激光，4%经过通过铷蒸气饱和吸收池11并进入光探测器13，在示波器上可获得其饱和吸收谱，而92%经过第二平面全反镜10、第二半透半反镜12进入蒸气池11作为补偿光束。通过观察示波器上的饱和吸收谱、误差信号和PZT扫描信号，调节半导体激光电源中的PZT（压电陶瓷）驱动模块，将种子激光的波长调至铷原子的吸收中心波长780.24nm，调波长时尽量锁定电流模块而只调PZT模块，这样便于泵浦光的稳定输出。
种子光系统：偏振分束镜15反射垂直偏振s分量，但允许平行偏振p分量通过，从而分离s和p偏振光分量，对于透射光束来说，具有最高的偏振消光比为TP:TS>1000:1，作为对比，反射光束的消光比为100:1，波长为780.24nm的泵浦光与795nm的铷激光的偏振方向是正交的，因此偏振分束镜能将两者分束；控温箱16内部用两个环形铁圈固定蒸气池17，铁圈位置尽可能靠近蒸气池17的两端，从而使蒸气池17两端的温度比中间的温度高5度，防止蒸气在蒸气池窗口的沉积，为避免缓冲气体乙烷与铷原子的化学反应而带来的窗口污染和铷与乙烷的损耗，加热最高温度不超过130℃；蒸气池是2.5cm×2.5cm的圆柱体，窗口镀有780.24nm的抗反膜，池内充有600Torr的乙烷气体以加速泵浦上能级到激光上能级的弛豫速率；凹面全反镜19焦距为50cm，平面输出耦合镜20的反射率为22%，两者组成“L”型平凹谐振腔；两腔镜是否同轴至关重要，只有同轴，才有可能出射激光，调同轴时，在凹面全反镜19与控温箱16间加入1/4波片18，泵浦光第一次经过1/4波片18后被转成椭圆偏振光，在到达凹面全反镜19被反射后第二次经过1/4波片18，由于选择的1/4波片18的光轴与椭圆偏振光的主轴并不平行，所以第二次经过1/4波片18后，被凹面全反镜反射19的泵浦光仍为椭圆偏振光，则在偏振分束镜15处椭圆偏振光的垂直分量会被反射至平面输出耦合镜，被平面输出耦合镜反射的泵浦光到达偏振分束镜后仍会被反射至蒸气池，此时在偏振分束镜20与控温箱16间有3个光斑，分别为入射光斑，凹面全反镜19的反射光斑和平面输出耦合镜20的反射光斑，将此3斑调至精确重合，则两腔镜即为同轴，且均与入射光同轴；平凹谐振腔“L”的长度小于凹面全反镜19的焦距。
侧面多端对称泵浦MOPA系统：扩束镜23将种子光束腰扩大使其能被增益介质充分吸收以获得更高的放大效率，铷蒸气放大池25置于缠有温控带的透明石英管24内，侧面多个半导体激光阵列22所发的泵浦光通过光束耦合系统耦合进入放大池25，使其束腰位于中心轴上，透明石英管24不影响其光强分布，而侧面多端对称泵浦结构能使泵浦光与种子光光斑相匹配，由于温控带会占据石英管一部分表面积，不可能从侧面进行360o全方向泵浦，但可根据需要选择不同数量的半导体激光阵列，以放大池中心轴为对称中心放置，采用两端、四端、六端乃至八端对称泵浦结构对种子光进行高效泵浦，此时种子光也无需扩束至整个蒸气池，大约占1/2至5/7，主要令其分布于所有泵浦光束交汇处即可。通过调节种子光和侧面泵浦光功率可获得不同功率的高质量输出光。
由此，本实用新型使用窄线宽可调谐的稳频泵浦光源，将其波长调至碱金属蒸气吸收线的中心波长并锁频，使碱金属蒸气对泵浦光的单程吸收高达95%以上。在蒸气池内充入适量乙烷气体，增加碱金属原子从泵浦上能级到激光上能级的弛豫速率，保障激光产生的条件。通过在凹面全反镜与控温箱间加入1/4波片，将凹面全反镜与平面输出耦合镜调至同轴，构成稳定的平凹谐振腔。
另外使用可控的温度控制方法，使蒸气池窗口的温度比中间的高5度，避免了蒸气在窗口的沉积，在保持最小功率损耗的同时延长了蒸气池的使用寿命，保证种子激光的稳定输出。
碱金属蒸气激光放大池置于透明石英管和温控系统内，侧面采用多个半导体激光阵列LDAs(laser diode arrays)通过光束耦合系统对种子光进行对称均匀泵浦，带温控带的透明石英管能在保证泵浦光的多端进入的同时保证蒸气池的温度可控，种子光经扩束镜扩束后被增益介质高效放大，多端对称泵浦保证了泵浦光和扩束后的种子光模式的高度匹配，以获得高质量高效率的放大光。
由此可见，本实用新型能提高碱金属蒸气对泵浦光的单程吸收效率，增加了碱金属原子弛豫速率，具有稳定平凹谐振腔，保障了种子光的稳定输出；避免了蒸气在窗口的沉积，延长了蒸气池的使用寿命；采用侧面多端对称光束耦合方式，保证了泵浦光和扩束后种子光模式的高度匹配，获得了高质量高效率的放大光，具有显著的技术效果。
上述具体实施方式用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1. 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：
半导体激光器(1)发出的种子激光经第一隔离器(2)后入射到第一平面全反镜(3)上，第一平面全反镜(3)的反射光经第一半波片(4)后由第一半透半反镜(5)分成透射光和反射光，第一半透半反镜(5)的透射光经高透低反镜(9)再分成一束透射光和两束反射光；
高透低反镜(9)的透射光经全反镜(10)出射到第二半透半反镜(12)上再反射并通过铷蒸气饱和吸收池(11)的中心轴，选择高透低反镜(9)其中任一一束反射光通过铷蒸气饱和吸收池(11)中心轴出射，来自高透低反镜(9)的该束反射光经铷蒸气饱和吸收池(11)后入射到光探测器(13)；
第一半透半反镜(5)的反射光依次经半导体激光放大器(6)放大、第二隔离器(7)、第二半波片(8)、聚焦透镜(14)后入射到偏振分束镜(15)上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束镜(15)的透射光入射到温控箱(16)的铷蒸气池(17)中吸收并产生垂直偏振的铷蒸气激光，未被吸收的泵浦光与产生的铷蒸气激光经凹面全反镜(19)反射出射后再经铷蒸气池(17)回到偏振分束镜(15)分为一束透射光和一束反射光：
偏振分束镜(15)的该束透射光为水平偏振的泵浦光，透过偏振分束镜(15)依次经聚焦透镜(14)、第二半波片(8)出射到第二隔离器(7)处被隔离；偏振分束镜(15)的该束反射光为垂直偏振的铷蒸气激光，经平面输出耦合镜(20)入射到平面全反镜(21)上发生反射，再经扩束镜(23)扩束后进入透明石英管(24)中的铷蒸气放大池(25)最终输出放大光，铷蒸气放大池(25)的侧面设有用于发出泵浦光的多个半导体激光阵列(22)。
2. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的平面输出耦合镜(20)的反射率为22%，高透低反镜(9)的透射率为92%，反射率为8%。
3. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的凹面全反镜(19)与平面输出耦合镜(20)构成“L”型平凹谐振腔，凹面全反镜(19)与偏振分束镜(15)之间的距离加上偏振分束镜(15)与平面输出耦合镜(20)之间的距离小于凹面全反镜(19)的焦距50cm。
4. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的半导体激光阵列(22)发出的泵浦光经光束耦合系统进入铷蒸气放大池(25)。
5. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的透明石英管(24)带有温控系统，透明石英管(24)缠有温控带以使得铷蒸气放大池(25)温度可控。
6. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的所有半导体激光阵列(22)发出泵浦光叠加后的光斑与扩束后种子光的光斑模式高度匹配。
7. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的半导体激光器(1)输出光为波长可调谐、线宽小于1MHz的种子激光，吸收中心波长为780.24nm，出射种子激光的偏振状态为水平偏振。
8. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的多个半导体激光阵列(22)间隔均布对称位于铷蒸气放大池(25)侧周围。
9. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的第一平面全反镜(3)与第一半透半反镜(5)垂直，聚焦透镜(14)的焦距为15cm。
10. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的铷蒸气池(17)置于温控箱(16)内，所述铷蒸气池(17)内充有600Torr的乙烷气体；铷蒸气池(17)中心置于聚焦透镜(14)的焦点处。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520143627.2U CN204481322U (zh) | 2015-03-14 | 2015-03-14 | 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201520143627.2U CN204481322U (zh) | 2015-03-14 | 2015-03-14 | 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN204481322U true CN204481322U (zh) | 2015-07-15 |
Family
ID=53637097
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201520143627.2U Expired - Fee Related CN204481322U (zh) | 2015-03-14 | 2015-03-14 | 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN204481322U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104779518A (zh) * | 2015-03-14 | 2015-07-15 | 浙江大学 | 侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 |
| CN108183388A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-19 | 西南技术物理研究所 | 时域调制型碱金属蒸气激光放大器 |
| CN111855579A (zh) * | 2019-04-28 | 2020-10-30 | 核工业理化工程研究院 | 一种碱金属原子蒸气吸收池及其光谱测量方法 |
-
2015
- 2015-03-14 CN CN201520143627.2U patent/CN204481322U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104779518A (zh) * | 2015-03-14 | 2015-07-15 | 浙江大学 | 侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 |
| CN108183388A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-06-19 | 西南技术物理研究所 | 时域调制型碱金属蒸气激光放大器 |
| CN111855579A (zh) * | 2019-04-28 | 2020-10-30 | 核工业理化工程研究院 | 一种碱金属原子蒸气吸收池及其光谱测量方法 |
| CN111855579B (zh) * | 2019-04-28 | 2024-06-11 | 核工业理化工程研究院 | 一种碱金属原子蒸气吸收池及其光谱测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104779518A (zh) | 侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 | |
| CN103036139A (zh) | 窄线宽可调谐半导体纵向单端泵浦铷蒸气激光光路系统 | |
| US7848370B2 (en) | Electronically phase-locked laser systems | |
| CN107332103B (zh) | 一种双波长交替调q激光器及其激光输出方法 | |
| CN105591267B (zh) | 一种多波长泵浦免温控固体激光器及多波长选择方法 | |
| Sun et al. | Broadly tunable dual-wavelength erbium-doped ring fiber laser based on a high-birefringence fiber loop mirror | |
| CN110850703B (zh) | 基于双频法拉第半导体激光器的高稳光频原子钟 | |
| CN202268596U (zh) | 一种半导体泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 | |
| CN102324686B (zh) | 半导体泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 | |
| CN105261922A (zh) | 紧凑的宽光谱、可独立调谐双波长参量振荡器 | |
| CN204481322U (zh) | 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光mopa系统 | |
| CN103197422A (zh) | 一种基于双光栅的波长可调谐激光相干合束系统 | |
| CN110854659A (zh) | 双频法拉第半导体激光器及其实现方法 | |
| CN105514788B (zh) | 一种板条泵浦的中红外光参量振荡器 | |
| CN107086430A (zh) | 一种三倍频紫外激光器 | |
| CN106549298A (zh) | 一种混合碱金属气态介质激光器 | |
| CN103944040A (zh) | 新型双晶体串接双波长激光器 | |
| Zhdanov et al. | Scaling of diode-pumped Cs laser: transverse pump, unstable cavity, MOPA | |
| Miao et al. | Watt-level CW Ti: Sapphire oscillator directly pumped with green laser diodes module | |
| CN109149338A (zh) | 一种Er：YAG单频固体激光器系统 | |
| CN108183388A (zh) | 时域调制型碱金属蒸气激光放大器 | |
| CN203014157U (zh) | 一种窄线宽可调谐半导体纵向单端泵浦铷蒸气激光光路系统 | |
| Meng et al. | Spectral bandwidth narrowing of high brightness spectral beam combining diode laser | |
| US9762021B2 (en) | Broadband laser source for laser thermal processing and photonically activated processes | |
| CN205752970U (zh) | 一种板条泵浦的中红外光参量振荡器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20150715 Termination date: 20170314 |