CN213304579U

CN213304579U - 一种多波长输出的短脉冲激光器

Info

Publication number: CN213304579U
Application number: CN202022536379.1U
Authority: CN
Inventors: 白振旭; 高嘉; 陈晖�; 白振岙; 王雨雷; 吕志伟
Original assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd; Hebei University of Technology
Current assignee: Beijing GK Laser Technology Co Ltd; Hebei University of Technology
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2030-11-05

Abstract

本实用新型公开了一种多波长输出的短脉冲激光器，所述短脉冲激光器包括：泵浦源发出第一频率的脉冲线偏振泵浦光，依次经过光隔离器、望远镜器件、偏振分光棱镜、放大器后进入SBS脉冲压缩器；脉冲线偏振泵浦光在SBS脉冲压缩器中发生受激布里渊散射产生第二频率的反向Stokes光，同时对脉冲宽度进行压缩；被压缩后的第二频率的反向Stokes光通过偏振分光棱镜和反射镜进入波长选择系统中，产生多波长激光输出。本产品利用SBS脉冲压缩器将泵浦光进行脉冲压缩，将压缩后的脉冲激光送入波长选择系统，通过系统中的不同部件的组合可实现不同波长输出。

Description

一种多波长输出的短脉冲激光器

技术领域

本实用新型涉及短脉冲激光器领域，尤其涉及一种多波长输出的短脉冲激光器。

背景技术

受激布里渊散射(SBS)是一种三阶非线性光学效应。上世纪80年代，人们利用SBS技术获得高量子效率、高增益的能修复波前畸变的相位共轭光，自此人们发现了SBS的巨大潜力，SBS也在成像畸变矫正、激光核聚变、激光脉冲压缩、激光相干并束等方面得到了广泛应用。D.T.Hon首次提出SBS具有脉冲压缩的特性，SBS脉冲压缩技术，已经成为科学技术研究和发展的最活跃的领域之一，与其他脉冲压缩技术相比，SBS脉冲压缩技术具有较高的能量提取效率和脉冲压缩比。纳秒级长脉冲具有易于产生、放大，能量提取充分等优点，可以通过激光放大链路获得高能量的脉冲输出，然后在输出端利用SBS脉冲压缩特性对长脉冲压缩至皮秒量级，从而获取高能量的短脉冲激光输出。常见的SBS脉冲压缩器分为单池结构、双池结构和多池结构。此外，人们通过对常用结构的改进，又得到了各种新型SBS脉冲压缩器，例如：分束型、衰减型等。

现有的脉冲压缩器只能输出单一波长的脉冲激光，如常用的1064nm、532nm、355nm等，这在实际应用时造成了诸多限制和不便，因此如果能实现一种可输出多种波长的、具有脉冲压缩效果的激光器，将具有重要的使用价值和意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种多波长输出的短脉冲激光器，本实用新型在于改变传统激光器单一波长输出的限制，能够实现多种波长激光的输出，同时将受激布里渊散射效应与倍频、和频效应相结合，对输出激光的脉宽进行多次压缩，得到不同波长的窄脉宽激光输出；本产品利用SBS脉冲压缩器将泵浦光进行脉冲压缩，将压缩后的脉冲激光送入波长选择系统，通过系统中的不同部件的组合可实现不同波长输出，详见下文描述：

一种多波长输出的短脉冲激光器，所述短脉冲激光器包括：

泵浦源发出第一频率的脉冲线偏振泵浦光，依次经过光隔离器、望远镜器件、偏振分光棱镜、放大器后进入SBS脉冲压缩器；

脉冲线偏振泵浦光在SBS脉冲压缩器中发生受激布里渊散射产生第二频率的反向Stokes光，同时对脉冲宽度进行压缩；

被压缩后的第二频率的反向Stokes光通过偏振分光棱镜和反射镜进入波长选择系统中，产生多波长激光输出。

其中，所述光隔离器由第一二分之一波片、第一偏振器、法拉第旋光器、第二二分之一波片和第二偏振器组成。

进一步地，所述SBS脉冲压缩器由四分之一波片、聚焦透镜和布里渊介质池组成。

进一步地，所述SBS脉冲压缩器由四分之一波片、布里渊介质池、凹面反射镜组成，所述凹面反射镜镀有对泵浦光高反的介质膜。

其中，所述SBS脉冲压缩器由四分之一波片、第一凹透镜、第一凸透镜、布里渊放大池、聚焦透镜和布里渊产生池组成。

其中，所述SBS脉冲压缩器由第三凸透镜、第二凹透镜、菲涅尔棱镜、布里渊放大池、聚焦透镜和布里渊产生池组成，所述菲涅尔棱镜用于控制泵浦及Stokes光的相位延迟，实现Stokes光在偏振分光棱镜中的偏转输出。

进一步地，所述波长选择系统由第三二分之一波片、倍频晶体、和频晶体、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜组成。

本实用新型提供的技术方案的有益效果是：

1、该激光器通过调整倍频晶体、和频晶体和不同二向色镜在光路中的组合方式来实现不同波长的激光输出，克服了诸多激光器的单一波长激光输出的限制；进一步地，通过改用不同波长的泵浦光并与倍频、和频晶体组合，能够获得更多不同波长的激光输出，增加了激光器的设计自由度；

2、该激光器采用放大器和SBS脉冲压缩器相结合的方式对泵浦光进行功率放大和脉冲压缩，在提高泵浦功率的同时还能够将其脉冲宽度进行压缩，提高泵浦光束的峰值功率，同时能够改善激光光束质量，大大降低了倍频、和频转换效应的阈值；

3、该激光器在利用SBS脉冲压缩器将泵浦光脉冲压缩的基础上，再通过倍频、和频技术，将第三、第四频率激光脉冲宽度进行进一步压缩；相应的，第四频率的激光脉冲宽度也要小于第三频率激光的脉冲宽度，最终能够得到极窄脉宽的激光输出。

附图说明

图1为一种多波长输出的短脉冲激光器的结构示意图；

图2为光隔离器的结构示意图；

图3为一种单池结构的SBS脉冲压缩器结构示意图；

图4为一种单池结构的SBS脉冲压缩器结构另一示意图；

图5为一种双池结构的SBS脉冲压缩器结构另一示意图；

图6为一种双池结构的SBS脉冲压缩器结构另一示意图；

图7为波长选择系统结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1：泵浦源； 2：光隔离器；

3：望远镜器件； 4：偏振分光棱镜；

5：放大器； 6：SBS脉冲压缩器；

7：反射镜； 8：波长选择系统。

其中

2-1：第一二分之一波片； 2-2：第一偏振器；

2-3：法拉第旋光器； 2-4：第二二分之一波片；

2-5：第二偏振器；

6-1：四分之一波片； 6-2：聚焦透镜；

6-3：布里渊介质池； 6-4：凹面反射镜；

6-5：第一凹透镜； 6-6：第一凸透镜；

6-7：布里渊放大池； 6-8：第二凸透镜；

6-9：布里渊产生池； 6-10：第三凸透镜；

6-11：第二凹透镜； 6-12：菲涅尔棱镜；

8-1：第三二分之一波片； 8-2：倍频晶体；

8-3：和频晶体； 8-4：第一二向色镜；

8-5：第二二向色镜； 8-6：第三二向色镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

通过对背景技术的分析可以得知SBS脉冲压缩技术在激光脉冲压缩上有着显著优势，可获得极窄脉冲宽度。此外，激光的倍频与和频技术是将激光向短波长方向变换的主要方法，已达到实用化的程度，获得了非常广泛的应用。通过利用倍频与和频技术可获得不同波长的激光输出，同时也可以进一步压缩输出激光的脉冲宽度。

本实用新型通过采用SBS脉冲压缩、倍频、和频效应相结合的方式，大大降低了其激光产生阈值，实现了不同波长的极窄脉宽激光输出。参见图1，该多波长输出的激光器包括：泵浦源1、光隔离器2、望远镜器件3、偏振分光棱镜4、放大器5、SBS脉冲压缩器6、反射镜7、波长选择系统8。

其中，泵浦源1发出第一频率(为ν_p)的脉冲线偏振泵浦光，依次经过光隔离器2、望远镜器件3、偏振分光棱镜4、放大器5后进入SBS脉冲压缩器6；脉冲线偏振泵浦光在SBS脉冲压缩器6中发生受激布里渊散射产生第二频率的反向Stokes光，同时对其脉冲宽度进行压缩。被压缩后的第二频率的反向Stokes光通过偏振分光棱镜4和反射镜7进入波长选择系统8中，产生多波长激光输出。

其中，上述望远镜器件3的光束口径调整和准直为本领域技术人员所公知的技术，本实用新型实施例对此不做赘述。

具体实现时，放大器5为Nd:YAG模块；反射镜7表面镀有对第二频率的反向Stokes光高反射的介质膜。

参见图2，光隔离器2由第一二分之一波片2-1、第一偏振器2-2、法拉第旋光器2-3、第二二分之一波片2-4和第二偏振器2-5组成；一方面使入射的泵浦光单向通过光隔离器2，反向传输的光因偏振态的改变通过第一偏振器2-2或第二偏振器2-5偏转出射，因此无法通过光隔离器2，进而起到保护泵浦源1的作用；同时通过调节第一二分之一波片2-1可以使在不改变泵浦光光束质量和光斑尺寸的条件下，实现入射到放大器5中的泵浦光功率的连续可调。

参见图3，SBS脉冲压缩器6用于实现对泵浦光束的脉宽压缩，SBS脉冲压缩器6可由四分之一波片6-1、聚焦透镜6-2和布里渊介质池6-3组成。四分之一波片6-1用于改变脉冲压缩后的激光偏振态；聚焦透镜6-2将入射的种子光聚焦到布里渊介质池6-3中；水平偏振态的泵浦光经过四分之一波片6-1后变成椭圆偏振态，然后通过聚焦透镜6-2聚焦后进入布里渊介质池6-3中产生第二频率的激光，第二频率的激光发生后向散射及脉冲压缩后再次经由聚焦透镜6-2，然后经由四分之一波片6-1变成垂直偏振态，最后脉冲压缩的第二频率的激光通过偏振分光棱镜4偏转出射。

此外，SBS脉冲压缩器6还可以采用多种不同的结构，参见图4、图5、图6。

参见图4，该SBS脉冲压缩器可由四分之一波片6-1、布里渊介质池6-3、凹面反射镜6-4组成，该凹面反射镜6-4镀有对泵浦光高反的介质膜。

参见图5，该SBS脉冲压缩器可由四分之一波片6-1、第一凹透镜6-5、第一凸透镜6-6、布里渊放大池6-7、聚焦透镜和布里渊产生池6-9组成。

参见图6，该SBS脉冲压缩器可由第三凸透镜6-10、第二凹透镜6-11、菲涅尔棱镜6-12、布里渊放大池6-7、聚焦透镜和布里渊产生池6-9组成，该菲涅尔棱镜6-12用于控制泵浦及Stokes光的相位延迟，实现Stokes光在偏振分光棱镜4中的偏转输出。

上述图5和图6中的聚焦透镜均由一个第二凸透镜6-8组成，该第二凸透镜6-8的通光面均镀有对泵浦光增透的介质膜。

参见图7，波长选择系统8用于实现不同波长激光的产生和输出，波长选择系统8由第三二分之一波片8-1、倍频晶体8-2、和频晶体8-3、第一二向色镜8-4、第二二向色镜8-5和第三二向色镜8-6组成；第三二分之一波片8-1用于改变第二频率激光的偏振方向，进而实现与倍频晶体8-2、和频晶体8-3的相位匹配；压缩后的第二频率脉冲激光经过第三二分之一波片8-1后进入倍频晶体8-2、和频晶体8-3分别产生倍频与和频转换效应，激发出第三频率和第四频率激光；第一二向色镜8-4对第四频率激光高反，对第二频率、第三频率的激光高透，用于实现第四频率激光的输出；第二二向色镜8-5对第三频率激光高反，对第二频率、第四频率的激光高透，用于实现第三频率激光的输出；第三二向色镜8-6对第二频率激光高反，对第三频率、第四频率的激光高透，用于实现第二频率激光的输出；实际应用时，倍频晶体8-2为LBO晶体、BBO晶体或KDP晶体，且晶体两端镀有对第二频率激光增透的介质膜；和频晶体8-3为LBO晶体、BBO晶体或KTP晶体，且晶体两端镀有对第二频率和第三频率激光增透的介质膜。

波长选择系统8在具体实施时，将第三二分之一波片8-1和第三二向色镜8-6置于光路中，则实现第二频率激光的输出；将第三二分之一波片8-1、倍频晶体8-2和第二二向色镜8-5置于光路中，则实现第三频率激光的输出；将第三二分之一波片8-1、倍频晶体8-2、和频晶体8-3和第一二向色镜8-4置于光路中，则实现第四频率激光的输出。

本实用新型实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述短脉冲激光器包括：

2.根据权利要求1所述的一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述光隔离器由第一二分之一波片、第一偏振器、法拉第旋光器、第二二分之一波片和第二偏振器组成。

3.根据权利要求1所述的一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述SBS脉冲压缩器由四分之一波片、聚焦透镜和布里渊介质池组成。

4.根据权利要求1所述的一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述SBS脉冲压缩器由四分之一波片、布里渊介质池、凹面反射镜组成，所述凹面反射镜镀有对泵浦光高反的介质膜。

5.根据权利要求1所述的一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述SBS脉冲压缩器由四分之一波片、第一凹透镜、第一凸透镜、布里渊放大池、聚焦透镜和布里渊产生池组成。

6.根据权利要求1所述的一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述SBS脉冲压缩器由第三凸透镜、第二凹透镜、菲涅尔棱镜、布里渊放大池、聚焦透镜和布里渊产生池组成，所述菲涅尔棱镜用于控制泵浦及Stokes光的相位延迟，实现Stokes光在偏振分光棱镜中的偏转输出。

7.根据权利要求1所述的一种多波长输出的短脉冲激光器，其特征在于，所述波长选择系统由第三二分之一波片、倍频晶体、和频晶体、第一二向色镜、第二二向色镜和第三二向色镜组成。