专利名称：种子注入单频光参量振荡器的制作方法
技术领域：
本发明涉及单频激光器，特别是一种种子注入单频光参量振荡器。
背景技术：
机载、星载雷达系统是测量地球表面形貌、水汽、CO2分布和O3分布的一种非常有效的手段。激光雷达系统中最基本最重要的就是激光光源，因此发明性能可靠的单频激光器对于地球科学研究有着很重要的意义。目前已报道的单频脉冲光参量振荡器的频率稳定性不高，如何在实现单频输出的同时提高激光器的频率稳定性，一直是当前激光雷达用激光器的研究热点。对于种子注入 的单频脉冲光参量振荡器，实现腔长控制的方法主要有外差法方案，正弦扫描探测方案和谐振探测方案。外差法方案能保证单纵模输出，但对器件要求高，结构复杂，且在每次出光后对谐振腔长度进行调节，抗干扰性比较差。正弦扫描探测方案不需要高速扫描和高速信号处理，降低了对控制电路元器件的要求，但是其本质仍旧是在输出脉冲激光后对腔长进行调节，不具备谐振探测方案的实时性和抗干扰能力。利用谐振探测方案获得的频率稳定性最高，但是需要在干涉信号极大值处打开泵浦光，由电子器件本身限制，很难保证同步性。获得高频率稳定性的关键，是在干涉信号极大值处打开泵浦光，产生单纵模输出。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种种子注入单频光参量振荡器，该振荡器可以保障系统的抗外界干扰能力，获得高频率稳定性的单纵模激光脉冲输出。本发明的工作原理一种种子注入一体化谐振腔设计的单频光参量振荡器，利用改进的谐振探测方案，即扫描-保持-触发，在压电陶瓷扫描光参量振荡器谐振腔长过程中，当扫描到干涉信号极大值时，保持在该位置，直到泵浦光打开，结合谐振腔的整体性设计保证机械的被动稳定性，保证高频率稳定性的单纵模激光输出。本发明技术解决方案是一种种子注入单频光参量振荡器，特点在于其结构包括腔外种子光源、一体化从动谐振腔、电学控制处理部分和单频泵浦源四部分所述的腔外种子光源包括种子激光器，沿该种子激光器的激光输出方向依次是耦合透镜、隔离器组、半波片，与光路成45°的第一反射镜和双色镜；所述的一体化从动谐振腔包括一体化的谐振腔体，在该谐振腔框体内设有第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜，沿所述的双色镜反射的种子激光方向依次是第一腔镜、第二腔镜、第三腔镜和第四腔镜，再经第一腔镜和腔外的第二反射镜输出，在所述的第一腔镜和第二腔镜之间的光路上有两块走离补偿放置的非线性晶体，所述的第三腔镜紧固在压电陶瓷上，在第三腔镜和第四腔镜之间的光路的延长线设有光电二极管；所述的电学控制处理部分由所述的光电二极管、压电陶瓷、压电陶瓷驱动源和时序控制系统构成，所述的压电陶瓷驱动源的输出端与所述的压电陶瓷的输入端相连，所述的时序控制系统的输入端与所述的光电二极管输出端相连，所述的时序控制系统的输出端分别与所述的压电陶瓷驱动源的输入端、所述的泵浦源的控制端相连；所述的单频泵浦源包括单频Nd:YAG脉冲激光器和聚焦镜，所述的单频Nd:YAG脉冲激光器输出的脉冲激光经所述的聚焦镜聚焦后透过所述的双色镜进入所述的一体化从动谐振腔进行泵浦；所述的时序控制系统在每一个工作周期的起始点给所述的压电陶瓷施加一线性斜坡扫描电压，调整光参量振荡器谐振腔长，当所述的时序控制系统检测到所述的光电二极管上种子光经过所述的第三腔镜透射的干涉信号的峰值时，保持压电陶瓷的该位置，同时所述的时序控制系统向所述的单频泵浦源输出指令，打开所述的单频泵浦源，随即从所述的第二反射镜输出单频的参量振荡的脉冲激光。所述的种子激光器的输出波长为I. 57 μ m，所述的第一腔镜具有对种子激光 I.57 μ m波长激光30% 50%的透过率且对泵浦光1064nm高透的镀膜，第二腔镜镀有对种子激光高反且对泵浦光增透的薄膜，第三腔镜具有高反膜，第四腔镜具有对种子激光低透过率的高反膜，所述的非线性晶体为临界切割的砷酸钛氧钾晶体(KTiOAsO4, KTA)。所述的一体化的谐振腔体是由一铝块加工而成，所述的第一腔镜和第二腔镜直接固定在腔体的侧壁上，所述的第三腔镜和第四腔镜和非线性晶体通过转接件，固定在所述的一体化的谐振腔体的底板上。所述的耦合透镜对种子光束进行变化，使其在谐振腔内的光斑大小与谐振腔产生的振荡光斑大小一样。所述的隔离器组保持光路的单向传输，以免从后腔镜漏出的脉冲激光进入种子激光器而影响其输出。所述的半波片将从隔离器输出的线偏光调整为满足注入条件的偏振光。所述的光路成45°的第一反射镜和双色镜，使种子光进入谐振腔内，并且光路与谐振腔的振荡光路一致。所述的单频泵浦源是种子注入单频Nd: YAG脉冲激光器。本发明与现有技术相比具有以下优点I、利用种子注入，可以得到窄线宽单频脉冲激光。2、采用谐振腔一体化设计，结构紧凑，稳定性高，抗干扰能力强。3、采用走离补偿结构，保证高效率、高光束质量激光输出。4、采用谐振探测方案，可实现高频率稳定性的单频脉冲输出。
图I是本发明种子注入单频脉冲激光器的结构框图；图2是电学控制处理连接图；图3是压电陶瓷上施加的斜坡电压、谐振腔长度变化、种子光的干涉信号、泵浦光脉冲和输出的参量激光脉冲之间的时序关系。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅图1，图I是本发明种子注入单频脉冲激光器的结构框图，由此可见，本发明种子注入单频光参量振荡器，其结构包括腔外种子光源I、一体化从动谐振腔2、电学控制处理部分3和单频泵浦源4四部分所述的腔外种子光源I包括种子激光器1-1，沿种子激光器1-1的激光输出方向依次是耦合透镜1-2、隔离器组1-3、1-4、半波片1-5，与光路成45°的第一反射镜1_6和双色镜 1-7 ；所述的一体化从动谐振腔2包括一体化的谐振腔体2-7，在该谐振腔框体2-7内设有第一腔镜2-1、第二腔镜2-2、第三腔镜2-3和第四腔镜2-4，沿双色镜1_7反射的种子激光方向依次是第一腔镜2-1、第二腔镜2-2、第三腔镜2-3和第四腔镜2-4，再经第一腔镜2-1和腔外的第二反射镜2-8输出，在所述的第一腔镜2-1和第二腔镜2-2之间的光路上设有两块走离补偿放置的非线性晶体2-5和2-6，所述的第三腔镜2-3紧固在压电陶瓷3-2上，在第三腔镜2-3和第四腔镜2-4之间的光路的延长线设有光电二极管3-1 ；所述的电学控制处理部分3由所述的光电二极管3-1、压电陶瓷3-2、压电陶瓷驱动源3-3和时序控制系统3-4构成，所述的压电陶瓷驱动源3-3的输出端与所述的压电陶瓷3-2的输入端相连,所述的时序控制系统3-4的输入端与所述的光电二极管3-1输出端相连，所述的时序控制系统3-4的输出端分别与所述的压电陶瓷驱动源3-3的输入端、所述的泵浦源4的控制端相连，如图2所示；所述的单频泵浦源4包括单频Nd:YAG脉冲激光器4 一 I和聚焦镜4 一 2，所述的单频Nd: YAG脉冲激光器4 一 I输出的脉冲激光经所述的聚焦镜4 - 2聚焦后透过所述的双色镜1-7进入所述的一体化从动谐振腔2进行泵浦；所述的时序控制系统3-4在每一个工作周期的起始点给所述的压电陶瓷3-2施加一线性斜坡扫描电压，调整光参量振荡器谐振腔长，当所述的时序控制系统3-4检测到所 述的光电二极管3-1上种子光经过所述的第三腔镜2-3透射的干涉信号的峰值时，保持压电陶瓷3-2的该位置，同时所述的时序控制系统3-4向所述的单频泵浦源4输出指令，打开所述的单频泵浦源4，随即从所述的第二反射镜2-8输出单频的参量振荡的脉冲激光。所述的种子激光器1-1的输出波长为I. 57 μ m，所述的第一腔镜2_1具有对种子激光I. 57 μ m波长激光30% 50%的透过率且对泵浦光1064nm高透的镀膜，第二腔镜2_2镀有对种子激光高反且对泵浦光增透的薄膜，第三腔镜2-3具有高反膜，第四腔镜2-4具有对种子激光低透过率的高反膜，所述的非线性晶体2-5和2-6为临界切割的砷酸钛氧钾晶体。所述的一体化的谐振腔体2-7是由一铝块加工而成，所述的第一腔镜2-1和第二腔镜2-2直接固定在腔体的侧壁上，所述的第三腔镜2-3和第四腔镜2-4和非线性晶体2-5和2-6通过转接件，固定在所述的一体化的谐振腔体2-7的底板上。改进的谐振探测方法的时序如图3所示。所述的时序控制系统3-4在每一个工作周期的起始点t0给所述的压电陶瓷3-2施加一线性斜坡扫描电压，调整光参量振荡器谐振腔长，当所述的时序控制系统3-4检测到所述的光电二极管3-1上种子光经过所述的第三腔镜2-3透射的干涉信号的峰值时tl，保持压电陶瓷3-2的该位置直到t2，同时所述的时序控制系统3-4向所述的单频泵浦源4输出指令，打开所述的单频泵浦源4，随即从所述的第二反射镜2-8输出单频的参量振荡的脉冲 激光。
权利要求
1.一种种子注入单频光参量振荡器，特征在于其结构包括腔外种子光源(I)、一体化从动谐振腔(2)、电学控制处理部分(3)和单频泵浦源(4)四部分 所述的腔外种子光源(I)包括种子激光器(1-1)，沿种子激光器(1-1)的激光输出方向依次是耦合透镜(1-2)、隔离器组(1-3、1-4)、半波片(1-5)，与光路成45°的第一反射镜(1-6)和双色镜(1-7)； 所述的一体化从动谐振腔(2 )包括一体化的谐振腔体(2-7 )，在该谐振腔框体(2-7 )内设有第一腔镜(2-1)、第二腔镜(2-2)、第三腔镜(2-3)和第四腔镜(2-4)，沿双色镜(1-7)反射的种子激光方向依次是第一腔镜(2-1)、第二腔镜(2-2)、第三腔镜(2-3)和第四腔镜(2-4)，再经第一腔镜(2-1)和腔外的第二反射镜(2-8)输出，在所述的第一腔镜(2-1)和第二腔镜(2-2)之间的光路上有两块走离补偿放置的非线性晶体(2-5和2-6)，所述的第三腔镜(2-3)紧固在压电陶瓷(3-2)上，在第三腔镜(2-3)和第四腔镜(2-4)之间的光路的延长线设有光电二极管(3-1)； 所述的电学控制处理部分(3)由所述的光电二极管(3-1)、压电陶瓷(3-2)、压电陶瓷驱动源(3-3)和时序控制系统(3-4)构成，所述的压电陶瓷驱动源(3-3)的输出端与所述的压电陶瓷(3-2)的输入端相连，所述的时序控制系统(3-4)的输入端与所述的光电二极管(3-1)输出端相连，所述的时序控制系统(3-4)的输出端分别与所述的压电陶瓷驱动源(3-3)的输入端、所述的泵浦源(4)的控制端相连； 所述的单频泵浦源(4)包括单频Nd:YAG脉冲激光器(4 - I)和聚焦镜(4 一 2)，所述的单频Nd:YAG脉冲激光器(4 - I)输出的脉冲激光经所述的聚焦镜(4 - 2)聚焦后透过所述的双色镜(1-7)进入所述的一体化从动谐振腔(2)进行泵浦； 所述的时序控制系统(3-4)在每一个工作周期的起始点给所述的压电陶瓷(3-2)施加一线性斜坡扫描电压，调整光参量振荡器谐振腔长，当所述的时序控制系统(3-4)检测到所述的光电二极管(3-1)上种子光经过所述的第三腔镜(2-3)透射的干涉信号的峰值时，保持压电陶瓷(3-2)的该位置，同时所述的时序控制系统(3-4)向所述的单频泵浦源(4)输出指令，打开所述的单频泵浦源(4)，随即从所述的第二反射镜(2-8)输出单频的参量振荡的脉冲激光。
2.根据权利要求I所述的种子注入单频光参量振荡器，其特征在于所述的种子激光器(1-1)的输出波长为1.57μπι，所述的第一腔镜(2-1)具有对种子激光1.57μπι波长激光30% 50%的透过率且对泵浦光1064nm高透的镀膜，第二腔镜(2_2)镀有对种子激光高反且对泵浦光增透的薄膜，第三腔镜(2-3)具有高反膜，第四腔镜(2-4)具有对种子激光低透过率的高反膜，所述的非线性晶体(2-5和2-6)为临界切割的砷酸钛氧钾晶体。
3.根据权利要求I所述的种子注入单频光参量振荡器，其特征在于所述的一体化的谐振腔体(2-7)是由一铝块加工而成，所述的第一腔镜(2-1)和第二腔镜(2-2)直接固定在腔体的侧壁上，所述的第三腔镜(2-3)和第四腔镜(2-4)和非线性晶体(2-5和2-6)通过转接件，固定在所述的一体化的谐振腔体(2-7)的底板上。
全文摘要
一种种子注入单频光参量振荡器，包括腔外种子光源、一体化从动谐振腔、电学控制处理部分和单频泵浦源四部分本发明具有结构紧凑、窄线宽、高光束质量和高频率稳定性的特点。抗外界干扰能力强，可应用于复杂的环境，如机载、星载实验平台。
文档编号H01S3/108GK102946047SQ201210506099
公开日2013年2月27日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者陈卫标, 李世光, 马秀华, 朱小磊, 李环环, 臧华国, 刘继桥 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所