专利名称：全固态双波长探测激光雷达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种双波长探测激光雷达，尤其涉及一种全固态双波长探测激光雷达，属于频率变换技术领域。
背景技术：
红外光在大气中有三个主要传输窗口1～3μm，3～5μm，8～12μm，其中3～5μm波段是衰减最小的红外窗口，对雾、烟尘等具有较强的穿透力，在海平面上传输受到的气体分子吸收和悬浮物散射小。红外制导导弹探测器的响应范围在3～5μm波段，因而针对红外导引头的光电对抗也迫切需要该波段的激光光源。3～5μm波段在军事上的应用更加重要，应用前景主要是成像激光雷达和激光定向红外干扰两个方面。在3～5μm区域，多数重要的碳氢气体及其它有毒气体分子具有强的吸收特性，因而中红外相干光源在微量气体探测领域有广泛的民用价值，如油田开采，天然气管道泄露探测，大气中温室气体探测，毒品稽查，煤矿中甲烷气体探测等。
钠原子层是由处在高度大约80～110km的金属钠原子所组成的一个大气层，以前对该区域的研究只能靠探空火箭或卫星搭载遥感装置或地基遥感装置进行，飞机和卫星都无法接近该区域。地球大气中人们了解最少的区域也许就是该区域。由于高空钠层处于中性大气与电离大气的交汇区，它与大气层中其他原子、分子、离子有着各种复杂的物理、化学和动力学的相互作用，使得用钠层荧光激光雷达对钠层的探测成为研究中高层大气的一种重要手段.钠原子层对于/589nm的钠黄光具有很强的反射左右，因此，也可利用钠黄光作为信标光，测量激光大气传输中的畸变影响，以便对激光进行修正。
中红外波段(3～5μm)激光技术与非线性晶体材料的发展密切相关。自80年代后期以来，随着非线性晶体材料的飞速发展，出现了许多在中红外波段性能优良的非线性晶体材料，人们开始认识到光参量振荡技术是实现中红外激光输出的有效手段。已利用KNbO3，LNbO3，KTP，KTA，AgGaS2，AgGaSe2等晶体通过非线性频率变换技术在3～5μm甚至更长的波长范围内实现激光输出。迄今为止，已将波长延伸到20μm以外，其中尤以3～5μm，8～12μm的研究最为热门。
发明内容
本发明的发明目的是利用同时输出的双波长全固态激光器作为激光雷达光源，构成一种双波长激光雷达，从而即能满足大气监测、军事雷达等对中红外激光波长的需要，又能满足钠原子层激光雷达的特殊要求。
本发明采用如下的技术方案一种全固态双波长探测激光雷达，其特征在于，包括依次设置在同一光路上的第一平面镜(M1)、第一声光Q开关(Q1)、第一半导体泵浦模块(LD1)、第二平面镜(M2)、第三平面镜(M3)、和频晶体(KTP)、第四平面镜(M4)、参量振荡晶体(MgO:LN)、第五平面镜(M5)，还包括依次设置在同一光路上的第二平面镜(M2)、第二半导体泵浦模块(LD2)、第二声光Q开关(Q2)、第六平面镜(M6)，其中，第一平面镜(M1)为1064nm全反镜；第一声光Q开关(Q1)两端镀1064nm增透膜；第一半导体泵浦模块(LD1)中置有进行侧面泵浦的激光晶体，晶体两端镀有1064增透膜；第二平面镜(M2)镀1319nm45°高反膜和双端1064nm的45°高透膜；第三平面镜(M3)镀1064nm及1319nm双端高透膜，589nm高反膜；和频晶体(KTP)双端镀1064nm，1319nm，589nm增透膜，晶体切割角度是θ＝62.4°，Φ＝0°；第四平面镜(M4)镀1.4～1.5μm，1319nm高反膜，1064nm双端高透膜，589nm高透膜；参量振荡晶体(MgO:LN)的切割角度为θ＝48°，Φ＝-90°，双端镀1064nm、589nm高透膜以及3～5μm、1.4～1.5μm高透膜；第五平面镜(M5)为CaF2材料，镀1064nm高反膜、589nm和3～5μm高透膜以及1.4～1.5μm高反膜；第二半导体泵浦模块(LD2)置有进行侧面泵浦的激光晶体，晶体两端镀有1319nm增透膜；第二声光Q开关(Q2)两端镀1319nm增透膜；第六平面镜(M6)镀1064nm增透膜和1319nm全反膜。
本发明所具有的有益效果全固态激光器的结构紧凑、牢固耐用、价格便宜，在激光应用中占有非常重要的地位；同时它的运转方式多样，可以在连续、脉冲、调Q以及锁模下运行，而以准连续方式运转的激光器峰值功率高，在提高泵浦效率上具有明显的优势。
采用和频和光学参量振荡等光学非线性频率变化过程，在一个激光系统中同时输出中红外波长和钠层荧光两种机制，能够满足操作者更灵活的操作性，并且在军事上具有更好的隐蔽性。
图1本发明的系统结构图。
具体实施例方式
本发明利用同时输出的双波长全固态激光器作为激光雷达光源，通过采用一些关键技术将此两种波长融入一台激光雷达之中，将原有技术升级改造成一种双波长激光雷达。下面结合附图和实施例对本发明做进一步详述。
本发明的双波长激光光源主要由1064nm内腔光学参量振荡器和1319nm与1064nm内腔和频产生器两部分组成。图1为本发明的系统结构图，其中，M1和M5组成1064nm激光谐振腔，由LD1侧面泵浦Nd:YAG晶体产生的连续1064nm激光，经过声光Q开关的调制提高其峰值功率；同时，由M6和M4组成了1319nm激光谐振腔，由LD2侧面泵浦Nd:YAG晶体产生的连续1319nm激光，经过声光Q开关的调制提高峰值功率。两波在由M3，KTP和M4组成的和频腔中进行和频，经M4从M5输出589nm激光；和频剩下的1064nm激光经M4，MgO:LN，M5组成的光学参量振荡器，产生3～5μm中红外光源，从M5镜输出。
如图1所示，M1为1064nm全反镜；Q1为声光Q开关，两端镀1064增透膜；LD1为半导体泵浦模块，其中置有Nd:YAG晶体进行侧面泵浦，晶体两端镀有1064增透膜；M2镀1319nm45°高反膜和双端1064nm的45°高透膜；M3镀1064nm及1319nm双端高透膜，589nm高反膜；KTP晶体双端镀1064nm，1319nm，589nm增透膜，晶体切割角度是θ＝62.4°，Φ＝0°；M4镀1.4～1.5μm，1319nm高反膜，1064nm双端高透膜，589nm高透膜；MgO:LN晶体切割角度为θ＝48°，Φ＝-90°，双端镀1064nm高透膜，589nm和3～5μm高透膜，1.4～1.5μm高透膜；M5为CaF2材料，镀1064nm高反膜，589nm和3～5μm高透膜1.4～1.5μm高反膜。LD2为半导体泵浦模块，其中置有Nd:YAG晶体进行侧面泵浦，晶体两端镀有1319nm增透膜；Q2为声光Q开关，两端镀1319nm增透膜；M6镀1064nm增透膜和1319nm全反膜。
红外激光采用半导体模块1泵浦的Nd:YAG激光器发出的基频光1064nm，经非线性晶体MgO:LN光学参量振荡器，产生波长为3～5μm激光光束；用于探测钠原子层的激光光源，由半导体模块1泵浦的Nd:YAG激光器发出的基频光1064nm和半导体模块2泵浦的Nd:YAG激光器发出的基频光1319nm光在一块KTP晶体中进行和频，产生波长为589nm的激光光束，用以探测钠原子高层大气。本发明通过中红外激光波长和钠层荧光的同时输出，满足大气监测、军事雷达和钠原子层激光的需要。
本发明的双波长激光光源系统全部采用全固态器件，通过声光Q开关控制激光器以准连续方式运转，重复频率在1-20kHz可调，以充分利用准连续运转方式的峰值功率高的优势，提高和频和光学参量振荡过程的转换效率。
权利要求
1.一种全固态双波长探测激光雷达，其特征在于，包括依次设置在同一光路上的第一平面镜(M1)、第一声光Q开关(Q1)、第一半导体泵浦模块(LD1)、第二平面镜(M2)、第三平面镜(M3)、和频晶体(KTP)、第四平面镜(M4)、参量振荡晶体(MgO:LN)、第五平面镜(M5)，还包括依次设置在同一光路上的第二平面镜(M2)、第二半导体泵浦模块(LD2)、第二声光Q开关(Q2)、第六平面镜(M6)，其中，所述第一平面镜(M1)为1064nm全反镜；所述第一声光Q开关(Q1)两端镀1064nm增透膜；所述第一半导体泵浦模块(LD1)中置有进行侧面泵浦的激光晶体，晶体两端镀有1064增透膜；所述第二平面镜(M2)镀1319nm45°高反膜和双端1064nm的45°高透膜；所述第三平面镜(M3)镀1064nm及1319nm双端高透膜，589nm高反膜；所述和频晶体(KTP)双端镀1064nm，1319nm，589nm增透膜，晶体切割角度是θ＝62.4°，Φ＝0°；所述第四平面镜(M4)镀1.4～1.5μm，1319nm高反膜，1064nm双端高透膜，589nm高透膜；所述参量振荡晶体(MgO:LN)的切割角度为θ＝48°，Φ＝-90°，双端镀1064nm、589nm高透膜以及3～5μm、1.4～1.5μm高透膜；所述第五平面镜(M5)为氟化钙材料，镀1064nm高反膜、589nm和3～5μm高透膜以及1.4～1.5μm高反膜；所述第二半导体泵浦模块(LD2)置有进行侧面泵浦的激光晶体，晶体两端镀有1319nm增透膜；所述第二声光Q开关(Q2)两端镀1319nm增透膜；第六平面镜(M6)镀1064nm增透膜和1319nm全反膜。
全文摘要
本发明涉及一种双波长探测激光雷达，尤其涉及一种全固态双波长探测激光雷达，属于频率变换技术领域。本发明的双波长激光光源主要由1064nm内腔光学参量振荡器和1319nm与1064nm内腔和频产生器两部分组成。由LD1侧面泵浦Nd:YAG晶体产生的连续1064nm激光，经过声光Q开关的调制提高其峰值功率；同时，由LD2侧面泵浦Nd:YAG晶体产生的连续1319nm激光，经过声光Q开关的调制提高峰值功率。两波在和频腔中进行和频，输出589nm激光；和频剩下的1064nm激光经光学参量振荡器，产生并输出3～5μm中红外光源。本发明通过中红外激光波长和钠层荧光的同时输出，满足大气监测、军事雷达和钠原子层激光的需要。
文档编号G01S17/00GK1818614SQ20061001327
公开日2006年8月16日 申请日期2006年3月10日 优先权日2006年3月10日
发明者丁欣, 姚建铨, 邹雷, 马洪梅, 邹跃 申请人:天津大学