专利名称：连续泵浦合束镜前置的受激布里渊散射发生装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种布里渊散射激光装置，属于光电子探测技术领域。
背景技术：
目前利用布里渊散射进行水下目标探测的技术已经得到实际的应用，在该技术发展中的一个最大挑战就是探测距离的问题，众所周知，淡水或海水的可见光窗口在532nm 附近，但是即使使用该波长的激光作为布里渊散射水下探测的激光波长，由于实际中所探测的海域或者湖泊水质不同，特别是随着近年来环境污染的加剧，目前普遍存在着各种水域水质差，水质差对于激光水下探测所带来的直接影响就是严重影响了激光的传输距离， 即使在没有污染的水域当中，由于介质水对于532nm的激光衰减系数相对来说还是一个较大的数值，特别是对于利用受激布里渊散射的散射光进行各种探测的装置来说，为了达到较长的探测距离，就需要大功率的激光器，但是大功率的激光不仅需要高昂的造价，其维护，使用在各方面所需要的费用都很高，更加不利的一个方面就是激光器的输出功率越大一般都会具有各大的体积，而大体积的激光器对于一些领域的应用来说是不可取的，因为在一些应用中，没有那么大的空间来容置大体积的激光器，而对于一些在移动目标上进行探测的装置来说，大体积显然更是不可取的。为了在不增加体积或者在增加很小体积的基础上获取更长的受激布里渊探测距离，现有技术中分别提出了各种解决方案。其中一种技术方案就是利用另外一束具有相同频率以及相同偏振态的激光对产生的回传受激布里渊散射光进行放大，也即对产生的受激布里渊散射光进行二次受激放大，以提高回传的受激布里渊散射光的光强，从而保证接收端的传感器能够接收到足够的受激布里渊散射光信号以在此基础上进行分析获得所需的探测介质信息，目前在用于放大的激光与受激布里渊散射光光路的配置上存在两种方式，一种方式是将两路光束进行交叉，另外一种方式则是将两路光束路径重合设置。附图1和附图2所显示的都属于交叉设置的情况，其中附图1中利用两个反射镜102和103将一束激光101分为两束，然后再将分开的两束激光在受激布里渊散射介质104中相交，以对产生的受激布里渊散射光进行放大，在该装置当中，由于是将一束激光束分成了两束，所以这两束激光在频率以及偏振态上是完全一样的，该装置构造简单，但是存在两个问题，一个问题是由于是将一束激光束分为了两束，所以必然导致两束激光束的能量都不是很高，第二个问题是由于是使用相交的方式，所以就导致两束光的相互作用距离非常短，导致激光束的利用不充分。附图2示出了相交设置的另外一种方式， 为了改进将一束激光束分为两束而导致每个能量都变小的问题，提出了使用两个激光器 201发出的光束借助反射镜202进行相交入射到受激布里渊散射介质203，其中每个都是一个独立的激光器，所以能量也就不会变小，为了保证两个激光器发出的激光在性质上完全相同以保证受激放大的发生，需要使用同一个种子激光分别注入到两个激光器中，这样， 该系统虽然解决了激光束能量变小的问题，但是该装置还是不能解决相互作用距离短的问题。为了解决相互作用距离短的问题，最好的方法是将两束激光束的光路进行重叠设置，在已有的光路重叠设置中如已公开的中国专利申请CN101266342A所揭示的，为了实现将两个脉冲激光束以有时差(这是产生二次受激布里渊放大所需要的)的重合到一条光路上， 该装置利用光电晶体将两束偏振状态不同的激光束进行控制，从而保证既能将两束脉冲激光以有时差的方式耦合到一条光路上，并且还能保证达到受激布里渊散射介质时具有相同的偏振态，此装置中需要同时使用偏振耦合镜以及电光晶体实现前后两束激光的偏振态控制，不仅结构复杂，同时对于电光晶体的要求很高，而且还伴随着以下问题，在这种装置中所使用的两束激光束要么是将一束激光分成两束，这样就会导致两束激光能量的变小，如果是使用两台激光器产生的两路激光束，虽然保持了能量强度没有变小，但是由于使用两台激光器则会相应的占用更多的空间，因为两台激光器显然需要占据了多一倍的空间，而空间问题在很多情况下是不能解决的或者解决起来很困难，要么就会造成成本的迅速增加。
发明内容
本发明就是为了解决上述的技术问题而提出来的，不仅可以实现两路性质相同的激光束具有时差的光路重合，而且还可以实现装置的体积没有显著变大，其中的时差是可以调节的，其时差的调节可以根据受激布里渊散射放大的最优化进行设置，当然，如果将上述装置用于其它的需要将性质相同的两路激光束进行具有时差的光路重合，那么其中的时差就根据实际的需要进行调节，也即该装置不仅可以用于受激布里渊放大的应用，同样还可以应用到类似的需要此类装置的系统中。为了解决上述的技术问题，本发明的受激布里渊散射装置包括脉冲种子激光器 (1)，分束镜( ，合束镜( ，激光放大介质(4)，光路延迟装置(7)，第一全反射镜10和第二全反射镜11，激光放大介质浦系统(5)，控制器8以及受激布里渊散射介质9。脉冲种子激光器(1)发出脉冲种子激光，该脉冲种子激光传输到分束镜2，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜3，穿过合束镜3之后入射到位于合束镜3之后的激光放大介质4，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜10，被第一全反射镜10反射之后入射到光路延迟装置7，穿过该延迟调节装置之后经由第二全反射镜11反射之后入射到合束镜3上，合束镜3将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质4，其中光路延迟装置7由控制器8控制，由控制器8设置延迟时间，控制器8同时控制着激光放大介质4的泵浦系统5。光路延迟装置7 用于调节第一激光束和第二激光束到达合束镜3的时间差，上述的两路激光束在射出合束镜3之后以重合的光路射入到激光放大介质4内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质9用于产生放大的受激布里渊散射。控制器8控制着泵浦系统5，在激光束通过激光放大介质时泵浦系统已经将激光放大介质泵浦到激发态，控制器8能够保证在脉冲种子激光发射出脉冲种子激光之前泵浦系统5就已经处于工作状态，并且在整个过程中泵浦系统保持不间断的工作。
附图1是现有技术中将一束激光束分成两束后在受激布里渊散射介质内交叉设置的系统；附图2是现有技术中将两束性质相同的由两台激光器发出的激光束在受激布里渊散射介质内交叉设置的系统；附图3是本发明中将两路性质相同的激光束进行具有时差的光路重合的受激布里渊散射的第一实施例。附图4是本发明中将两路性质相同的激光束进行具有时差的光路重合的受激布里渊散射的第二实施例在附图3中，1表示种子激光器，2表示分束镜，3表示合束镜，4表示激光放大介质，7表示光路延迟装置，5表示激光放大介质的泵浦系统，8是控制器，9是受激布里渊散射介质，10和11分别表示第一和第二全反射镜。
具体实施例方式下面结合附图3来说明本发明的第一实施例，种子激光器(1)发出种子激光，该种子激光传输到分束镜2，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜3，穿过合束镜3之后入射到位于合束镜3之后的激光放大介质4，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜10，被第一全反射镜10反射之后入射到光路延迟装置7， 穿过该延迟调节装置之后经由第二全反射镜11反射之后入射到合束镜3上，合束镜3将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质4，其中光路延迟装置7由控制器8控制，由控制器8设置延迟时间，控制器8同时控制着激光放大介质4 的泵浦系统5。光路延迟装置7用于调节第一激光束和第二激光束到达合束镜3的时间差， 上述的两路激光束在射出合束镜3之后以重合的光路射入到激光放大介质4内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质9用于产生放大的受激布里渊散射。控制器8控制着泵浦系统5，在激光束通过激光放大介质时泵浦系统已经将激光放大介质泵浦到激发态，控制器8能够保证在脉冲种子激光发射出脉冲种子激光之前泵浦系统5就已经处于工作状态，并且在整个过程中泵浦系统保持不间断的工作。这样才能保证在第一束激光通过激光放大介质之后还能实现对第二束激光的放大，进行这样的设置以后就可以实现在一个激光器内实现具有时间差的前后性质完全相同的两束激光，从而可以实现放大的受激布里渊散射。如果激光放大介质长时间处于被泵浦状态，那么就可能由于散热不及时或者热量积累过多而导致激光放大介质的损伤，为了防止激光放大介质的损伤，该装置在工作过程中，每次放大两束种子激光束之后就停止一定的时间，以实现散热的需要。在使用过程中，首先通过激光放大介质的第一种子激光束被第一泵浦系统发出的泵浦光进行泵浦放大，得到放大后的激光束，此激光束入射到受激布里渊散射介质中用于产生受激布里渊散射的发生，由于控制器8控制着泵浦系统，在种子激光穿过激光放大介质之前泵浦系统就已经将激光放大介质泵浦到激发态，保证了第一束种子光经过放大介质时能够被放大，虽然第一束种子激光经过之后会将部分激光放大介质的激发态诱导到基态，但是由于泵浦系统一直处于工作状态，也即泵浦系统会马上将回到基态的原子或分子重新激发到激发态以放大经过延迟的第二束种子激光，该放大的后的第二束激光束入射到受激布里渊散射介质，以对第一束放大后的激光所产生的受激布里渊信号光进行放大。但是长时间的连续泵浦激光放大介质会造成激光放大介质散热不及时，从而造成激光放大介质的损伤，所以在每次放大两束种子激光之后需要泵浦系统停止一段时间，以实现散热的需要。
进行这样的设置以后就可以实现在一个激光器内实现具有时间差的前后性质完全相同的两束激光，从而可以实现放大的受激布里渊散射，在该系统中，前后两束激光的光路是完全重合的，这样就保证具有了最大的受激布里渊相互距离，同时只需要一台激光器就可实现，不仅没有减小每一束激光的能量，还达到了没有增加体积的目的。由于分束镜和合束镜置于了激光放大介质之前，虽然到达激光放大介质的两束种子激光的能量都不大， 但是相对于激光放大介质之后的激光束能量来说，这点损失的能量完全可以忽略不计，因为最终输出的激光能量主要是由激光放大介质所决定的，而不是由所入射的种子光能量大小决定。同时，由于设置有光路延迟装置7，可以任意的调节前后两束激光束之间的时差， 例如可以根据受激布里渊散射光的最大化来调节该时间差，同时，这样就可以该系统应用于各种环境，而不单单应用于受激布里渊散射，到时只需要根据实际的应用需要调节前后两束激光之间的时间差即可。附图4给出了本发明的第二实施例，该实施例与上述的实施例区别仅在于在该实施例中包含有第一激光放大介质4和第二激光放大介质13，其中第一激光放大介质4具有第一泵浦系统5，由此组成第一放大系统，第二激光放大介质13具有第二泵浦系统6，由此组成第二放大系统，控制器8同时控制着第一泵浦系统5和第二泵浦系统6，其中在该装置工作的时候，第一放大系统和第二放大系统交替轮流工作。前面已经说明，由于第一实施例中的激光放大介质由于散热的需要不能总是处于泵浦状态，所以在每次放大两束种子激光之后就需要中断一段时间，由于该中断时间的出现就导致了该装置使用上发生频率的降低，但是对于第二实施例的装置则可显著提高受激布里渊散射发生的频率，该实施例中的两个激光放大系统中的每一个都与第一实施例中的一样，这两个激光放大系统轮流交替工作，比如说，先用激光放大介质4和与其对应的泵浦系统5放大第一次发生受激布里渊散射所需要的具有时差的前后两束种子激光器，在进行下一次受激布里渊散射发生的时候，就使用激光放大介质13和泵浦系统6来放大此次所需要的具有时差的前后两束种子激光，再下一次的时候再使用激光放大介质4和与其对应的泵浦系统5，这样交替的使用可以使得每个放大介质都可以得到充足的散热时间，同时还不会降低受激布里渊散射的发生频率。
权利要求
1.一种受激布里渊散射发生装置，包括脉冲种子激光器(1)，分束镜O)，合束镜⑶， 激光放大介质G)，光路延迟调节装置(7)，第一全反射镜(10)和第二全反射镜(11)，激光放大介质浦系统(5)，控制器(8)以及受激布里渊散射介质(9)；脉冲种子激光器(1)发出脉冲种子激光，该脉冲种子激光传输到分束镜O)，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜(3)，穿过合束镜(3)之后入射到位于合束镜C3)之后的激光放大介质G)，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜(10)，被第一全反射镜(10)反射之后入射到光路延迟装置(7)，穿过该延迟调节装置之后经由第二全反射镜(11)反射之后入射到合束镜C3)上，合束镜C3)将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质，其中光路延迟装置 (7)由控制器⑶控制，由控制器⑶设置延迟时间，控制器⑶同时控制着激光放大介质 (4)的泵浦系统(5)；光路延迟装置(7)用于调节第一激光束和第二激光束到达合束镜(3) 的时间差，上述的两路种子激光束在射出合束镜3之后以重合的光路射入到激光放大介质 (4)内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质(9)用于产生放大的受激布里渊散射，控制器(8)控制着泵浦系统(5)，在激光束通过激光放大介质时泵浦系统已经将激光放大介质泵浦到激发态，控制器(8)能够保证在脉冲种子激光器发射出脉冲种子激光之前泵浦系统(5)就已经处于工作状态，并且在两束种子激光前后穿过激光放大介质的过程中泵浦系统保持不间断的工作，在将两束种子激光放大之后泵浦系统就停止一定时间，直到进行下一轮放大。
2.根据权利要求1所述的受激布里渊散射发生装置，其中的放大介质和泵浦系统各包括两个，组成两个激光放大系统，该两个激光放大系统轮流交替工作。
3.一种受激布里渊散射发生方法，脉冲种子激光器(1)发出脉冲种子激光，该脉冲种子激光传输到分束镜O)，然后分成两束，其中第一束种子激光沿原来的方向继续向前传播到达合束镜(3)，穿过合束镜C3)之后入射到位于合束镜C3)之后的激光放大介质，第二束种子激光则被反射传输到第一全反射镜(10)，被第一全反射镜(10)反射之后入射到光路延迟装置(7)，穿过该延迟调节装置之后经由第二全反射镜(11)反射之后入射到合束镜(3)上，合束镜C3)将该光束以与第一束种子激光束光路重合的方式反射，使之入射到激光放大介质G)，其中光路延迟装置(7)由控制器(8)控制，由控制器(8)设置延迟时间， 控制器(8)同时控制着激光放大介质的泵浦系统(5)；光路延迟装置7用于调节第一束种子激光和第二束种子激光到达合束镜(3)的时间差，上述的两束种子激光在射出合束镜C3)之后以重合的光路射入到激光放大介质内，经过放大后的激光束则入射到受激布里渊散射介质(9)用于产生放大的受激布里渊散射；控制器(8)控制着泵浦系统(5)，在激光束通过激光放大介质时泵浦系统已经将激光放大介质泵浦到激发态，控制器(8)能够保证在脉冲种子激光发射出脉冲种子激光之前泵浦系统(5)就已经处于工作状态，并且在两束种子激光前后穿过激光放大介质的过程中泵浦系统保持不间断的工作，在将两束种子激光放大之后泵浦系统就停止一定时间，直到进行下一轮放大。
4.根据权利要求3所述的受激布里渊散射发生方法，其中的放大介质和泵浦系统各包括两个，组成两个激光放大系统，该两个激光放大系统轮流交替工作。
全文摘要
本发明的受激布里渊散射装置包括脉冲种子激光器(1)，分束镜(2)，合束镜(3)，激光放大介质(4)，光路延迟调节装置(7)，第一全反射镜10和第二全反射镜11，激光放大介质浦系统(5)，控制器8以及受激布里渊散射介质9。
文档编号G02F1/35GK102269908SQ20111019311
公开日2011年12月7日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者何兴道, 刘娟, 史久林, 李淑静, 陈学岗, 陈蔚 申请人:南昌航空大学