专利名称：具有棱镜分束器的双波长双脉冲激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及激光应用技术，也涉及大气污染检测技术。
在用于检测大气污染的差分吸收激光雷达中，双波长激光器是必不可少的关键设备。由于其工作机理是通过测量两个相继输出不同波长的激光脉冲回波信号来计算出大气污染物(如SO2，NO2等)的浓度，因此，对从激光器输出的激光脉冲信号有较高的要求即要求从一个激光脉冲切换到另一个激光脉冲的时间间隔应控制在很短时间内(例如数微秒到十毫秒内)，并可以在某一范围内作出调节。现有技术中的一般激光器尚不能满足以上要求。1995年1月，德国“光学和光电子学新闻”遥感专集中发表了一篇题为“车载全固化激光雷达系统的三维大气污染监测”的论文(J.P.wolf，“3-Dminitoring of air pollution using mobile′All-Solid-State′lidar system”，optics & photonicsNews，Jan，1995，P27)，文中公开了一种使用具有平行表面的棱镜旋转的方法来实现两个波长切换的方法。分析该方案可以发现，所述双波长的切换时间取决于氙灯和激光晶体所能承受的最高工作频率，假定激光晶体所能承受的重复工作频率很高，但氙灯的重复工作频率一般只能达到20次/秒到50次/秒，则其双波长的切换时间最短只能在50毫秒到20毫秒之间。另一方面，所述双波长的切换需由电机带动棱镜旋转来完成，激光器中需增设一个较复杂的时序自动控制装置，并且在谐波技术中需增设一台能从一个脉冲波长的位相匹配角到另一个脉冲波长的位相匹配角之间的快速高精度角度自动调节装置，其结构十分复杂。1992年美国国家航空和宇宙航行局的Langley研究中心在固体激光器的国际会议上发表了一篇题为“NdYAG双脉冲激光系统的特性”(J.A.Williams-Byrd，et al，NASA Langley Reserch Center，Hampton，Virginia 23665；C，Banziger，et al.，STX Corporation，28 Reseoreh Drive，Hampton，VA 23666“Characterizationof a NdYAG Double Pulsed Laser Systen”，SPIE Vol，1627 solid state lasers III 1992，P74)的论文，文中描述了用于差分吸收激光雷达的钛宝石双波长激光器，该激光器是用另一台NdYAG双脉冲激光器泵浦的。文中公开了其NdYAG激光器是用并联脉冲成形网络产生双脉冲的技术。文中指出，其第二个脉冲的能量依赖于两个脉冲之间的时间隔和激光器能量的抽取效率，即两个脉冲之间的能量相对大小较难控制，因而其使用场合受到限制。
本实用新型的目的在于，利用折射棱镜的折射特性，使从激光器输出的激光分为两束，从而提供一种具有棱镜分束器的双波长双脉冲激光器。
本实用新型所述的激光器，包括现有激光技术中的耦合输出镜、Q开关晶体、可调谐激光晶体及氙灯、色散棱镜和全反射镜，其特征在于，在从可调谐激光晶体发出的激光光路上设置有一个由棱镜构成的分束器，在分束后的两条光路上分别设有色散棱镜、Q开关晶体及全反射镜。所述两个Q开关晶体分别通过各自的延时器连接在激光器中的脉冲触发器上。所述的分束器能够由两块三棱镜组合构成，两棱镜的折射顶棱相对、并均与可调谐激光晶体轴线成垂直方向前后放置在可调节高度及左右的二维工作台上，可调谐激光晶体轴线通过前一个分束棱镜的折射顶棱，以及后一个分束棱镜的折射顶棱或其镜内近处，该轴线与两个棱镜的前通光面法线的夹角均等于布儒斯特角；所述的分束器也能够由一块放置在二维工作台上的菱形棱镜和两块色散棱镜构成，其菱形棱镜顶棱相背、底面连成一体，放置时使可调谐激光晶体轴线通过其底角的棱线，该轴线与该镜两个前通光面法线的夹角均等于布儒斯特角，所述其中的两块色散棱镜分别放置在菱形棱镜后通光面的近处，其前通光面分别和菱形棱镜的两个后通光面相对，并相互平行。
本实用新型所述的激光器，其从可调谐激光晶体发出的激光束在水平面上被分为左、右两部分分别进入由棱镜构成的分束器，从分束器输出的光束分为两路进入各自的色散棱镜及全反射镜，通过调整两个全反射镜的方位角，实现两个不同波长的选取，由于该方位角的调整比较方便，因此当其用于差分吸收激光雷达时，能使有关控制系统大为简化。
本实用新型所述的激光器，从分束器输出的是两条方向不同的光束，分别进入不同的光路。在两条光路上分别设置有一个Q开关晶体，并通过各自的延时器与脉冲触发器连接。控制延时器的延时时间，即能先后产生两个激光脉冲，从而满足双脉冲双波长的需要，两个脉冲的时间间距可在数微秒到10微秒内调节。
与前面所述的现有技术相比，本实用新型具有如下优点首先，由于所采用的棱镜分束器在水平面内将激光分为左右两部分，该两部分分别产生各自波长的一个脉冲，控制延时器的延时时间，能使所获得的两个脉冲之间的时间间隔最短控制在数微秒之内，因此其特别适合于差分吸收激光雷达在大气测污方面的应用；其次，本激光器如果在垂直于激光晶体轴线的方向平行移动棱镜分束器，就能有效调节两个脉冲能量之间的相对大小，以满足不同场合的使用需求；另一方面，本激光器的激光腔内没有转动元件和控制装置，不仅使结构大为简化，有利于光路的安排，而且免去了振动及噪声，使运行更为平稳可靠。
下面通过附图实施例及其附图作进一步描述。
图1是本实用新型所述激光器实施例整体结构示意图。
图中，(1)为耦合输出镜，(2)为可调谐激光晶体，(3)氙灯，(4)为棱镜分束器，(5)为色散棱镜1，(6)为开关晶体Q1，(7)为全反射镜M1，(8)为色散棱镜2，(9)开关晶体Q2。(10)为全反射镜M2图2是本实用新型所述开关晶体与氙灯连接情况的实施例电路框图。
图中，(3)为氙灯，(6)为开关晶体Q1，(9)为开关晶体Q2，(11)为电源，(12)为脉冲触发器，(13)为延时器2，(14)为延时器1。
本电路的工作过程是，当氙灯(3)发光时，两个晶体开关(6)、(9)上均已施加高压，光路不通，不能产生激光。当激光晶体的上能级粒子数逐步积累到最大粒子数时，两个延时器(13)、(14)分别使触发脉冲延时适当时间，先后导通各路上的高压闸流管，使Q1和Q2开关晶体上的高压快速释放，左右两部分光路被先后导通，产生各自的激光脉冲。两个脉冲之间的时间间距由两个延时器的延迟时间之差决定。
图3是本实用新型所述由两块三棱镜构成的分束器实施例结构示意图。
图4是本实用新型所述由一块菱形棱镜和两块色散棱镜构成的分束器实施例结构示意图。
参见图3，三棱镜(15)和三棱镜(16)的折射顶棱相对，并均呈铅垂方向放置在可调节高度及左右方位的二维平台(17)上。0-0为可调谐激光晶体轴线，该轴线通过在前的三棱镜(15)的顶棱，其后的三棱镜(16)顶棱在0-0轴线方向与前者相距3mm左右。为保证激光不外泄漏，，三棱镜(16)的折射顶棱的位置偏离0-0轴线延长线2mm左右，即从左朝右看时，两个棱镜略有重叠，则可调谐激光晶体轴线通过三棱镜(16)的镜内相距顶棱不远处，图中所示箭头表示激光束行进路线。
参见图4，(18)为菱形棱镜，按图示方式放置在可调节高度和左、右方位的二维平台(17)上，该棱镜顶棱相背、两底连成一体，可调谐激光晶体轴线0-0通过它的底角棱线，(19)为两块色散菱镜，它们的前通光面与菱形菱镜的两个后通光面相对，并相互平行。图中所示箭头方向表示激光束行进路线。
权利要求1.一种具有棱镜分束器的双波长双脉冲激光器，包括现有激光技术中的耦合输出镜，Q开关晶体，可调谐激光晶体，色散棱镜和全反射镜，其特征在于，在从可调谐激光晶体发出的激光光路上设置有一个由棱镜构成的分束器，在分束后的两条光路上分别设有色散棱镜、Q开关晶体及全反射镜；所述两个Q开关晶体分别通过各自的延时器连接在激光器中的脉冲触发器上。
2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述的分束器能够由两块三棱镜组合构成，两棱镜的折射顶棱相对、并均与可调谐激光晶体轴线成垂直方向前后放置在可调节高度及左、右方位的二维平台上，可调谐激光晶体轴线通过前一个分束棱镜的折射顶棱，以及后一个分束棱镜的折射顶棱或其镜内近处，该轴线与两个棱镜的前通光面法线的夹角均等于布儒斯特角。
3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述的分束器也能够由一块放置在二维平台上的菱形棱镜和两块色散棱镜构成，该菱形棱镜顶棱相背、底面连成一体，可调谐激光晶体轴线通过其底角的棱线，该轴线与棱镜两个前通光面法线的夹角均等于布儒斯特角，所述其中的两块色散棱镜分别放置在菱形棱镜后通光面的近处，其前通光面分别和菱形棱镜的两个后通光面相对，并相互平行。
专利摘要本实用新型一种具有棱镜分束器的双波长双脉冲激光管涉及激光应用技术。本激光器在可调谐激光光路上设置有一个由棱镜构成的分束器,分束后的两条光路上分别有色散棱镜、Q开关晶体及全反射镜;两个Q开关晶体分别通过各自的延时器连接在激光器中的脉冲触发器上。分束器由折射界面入射角为布儒斯特角的两块三棱镜或一块菱形棱镜和两块色散棱镜组合构成,本激光器双波长切换时间能达到数微秒,其结构简单,无振动及噪声。特别适用于检测大气污染程度的差分吸收激光雷达中。
文档编号H01S3/00GK2362210SQ9920618
公开日2000年2月2日 申请日期1999年3月26日 优先权日1999年3月26日
发明者谢建平 申请人:中国科学技术大学