专利名称：一种新型多纵模染料激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种激光设备，具体涉及一种输出激光波长、线宽、纵模间隔均可调谐的新型腔型的多纵模染料激光器。
技术背景 在激光技术领域，染料激光器由于其波长的宽带可调谐性能和各种优良的输出特性已经被广泛地应用于医学、生物学、光谱学等领域。
目前国内的商用多纵模染料激光器的研发和生产尚处于空白状态。各科研机构所使用的多纵模染料激光器长期依赖于进口。目前的进口商用染料激光器，多采用HANSCE型谐振腔，激光器采用横向泵浦。此种类性的染料激光器线宽、纵模间隔等参量均为固定值，不可连续调谐，严重地限制了此种染料激光器的应用范围。并且由于横向泵浦的采用，难于实现优良的激光横向模式输出。此外此种类型的激光器均采用空间光泵浦，具有复杂的耦合光路，激光器调节难度较高，如果出厂设置的光路基准产生偏离，校准过程更加复杂。
发明内容
本实用新型是为了克服现有技术的缺点而提出的，目的是提供一种激光波长、线宽、纵模间隔等技术参数均可调谐、输出激光横向模式优良的新型的多纵模染料激光器。
本实用新型的技术方案是一种新型的多纵模染料激光器，包括由光纤耦合器组成的双侧纵向泵浦结构，端镜的右侧设置有染料激光放大器，在其右侧有光栅，光栅的上方是调谐镜，它们组成了激光器的色散腔，双侧泵浦结构与色散腔为整个激光器的振荡级。
在光栅的右侧设置有反射镜，在反射镜的上方设置有分光镜，在分光镜的右侧设置有采集光收集器，采集光收集器通过标准通讯光纤与波长计连接，波长计通过USB数据线与全自动控制系统的输入端连接，全自动控制系统通过四芯电缆与正弦调谐机构连接，这些器件是激光器的检测和自动控制部分。
在分光镜的上方设置有反射镜，在反射镜的左侧设置有级间耦合器，在级间耦合器的左侧设置有染料激光预放大器，泵浦激光束通过光纤传输至光纤耦合器内对染料预防大器中的染料激光进行放大，经放大后的染料激光即可输出使用。
全自动控制系统包括嵌入式工控机，嵌入式工控机通过PCMCIA总线与数据输入/输出卡连接，数据输入/输出卡通过电缆与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器通过四芯电缆与正弦调谐机构连接。
正弦调谐机构包括步进电机，步进电机的转动轴与丝杠同轴连接，步进电机通过四芯电缆与步进电机驱动器连接，驱动杆一端安装在滑块上，驱动杆的另一端顶在直角三角板斜边上，直角三角板能够绕活动支撑杆转动，调谐镜安装在直角三角板上。
本实用新型采用双侧纵向泵浦，掠入射腔型设计，在低Q值腔中实现稳定的激光输出。光纤传输的泵浦光经耦合器对放大器实施纵向泵浦，可实现即插即用免调节的人本设计理念，结合优良的谐振腔设计可实现近基横模的激光输出。由端镜调节机构可实现腔长的连续变化，从而实现了纵模间隔的连续调谐。由光栅角度调谐机构可实现光栅掠入射角度的连续变化，从而实现染料激光线宽的连续变化。由调谐镜相对于光栅角度的变化，实现激光波长的宽带连续调谐和激光器输出波长的闭环控制。
图1是本实用新型的多纵模染料激光器的结构示意图； 图2是本实用新型的自动控制系统的结构示意图； 图3是本实用新型的正弦调谐机构的结构示意图。
其中 1、2、21光纤3、4、22光纤耦合器 5端镜 6染料激光振荡放大器 7光栅 8调谐镜 9反射镜 10分光镜 11采集光收集器 12标准通讯光纤 13波长计14、30USB数据线 15全自动控制系统16四芯电缆 17正弦调谐机构 18反射镜 19级间耦合器20染料激光预放大器 31嵌入式工控机 32PCMCIA总线 33数据输入/输出卡 34方向信号 35脉冲信号 36步进电机驱动器 37步进电机 39滑块 40驱动杆41丝杠 42直角三角板44活动支撑杆 具体实施方式
下面，参照附图和实施例对本实用新型的多纵模染料激光器染料激光器进行详细说明 如图1所示，一种新型多纵模染料激光器，包括由光纤传输的泵浦光1经光纤耦合器3、端镜5和泵浦光2经光纤耦合器4组成双侧纵向耦合至染料激光放大器6内，对染料激光介质进行泵浦。在染料激光放大器6的右侧设置有光栅7，在光栅7的右侧设置有反射镜9，在反射镜9的上方设置有分光镜10，在分光镜10的右侧设置有采集光收集器11(市售)，采集光收集器11通过标准通讯光纤12与波长计13连接，波长计13通过USB数据线14与全自动控制系统15中的嵌入式工控机31的输入端连接，全自动控制系统15中的步进电机驱动器36通过四芯电缆16与正弦调节机构17连接。
在分光镜10的上方设置有反射镜18，在反射镜18的左侧设置有级间耦合器19，级间耦合器19由准直凸镜和汇聚凸镜组成，在级间耦合器19的左侧设置有染料激光预放大器器20。泵浦激光束经光纤21传输至光纤耦合器22内，并耦合至染料激光预放大器器20内。
如图2所示，全自动控制系统15包括嵌入式工控机31，嵌入式工控机31通过PCMCIA总线32与数据输入/输出卡33连接，数据输入/输出卡33通过电缆与步进电机驱动器36连接，步进电机驱动器36通过四芯电缆16与正弦调谐机构17连接。
如图3所示，正弦调谐机构17包括步进电机37，步进电机37的转动轴与丝杠41同轴连接，步进电机37通过四芯电缆16与步进电机驱动器36连接，驱动杆40一端安装在滑块39上，驱动杆40的另一端顶在直角三角板42斜边上，直角三角板42能够绕活动支撑杆43转动，调谐镜8安装在直角三角板42上。
其中，嵌入式工控机31采用研华UNO-2170，数据输入/输出卡33采用PCMCIA-6503，波长计17采用WS-7R，调谐镜44为宽带全反镜，光栅7刻线为3000线/毫米。
本实用新型的工作过程如下 由光纤传输的泵浦光1经光纤耦合器3、端镜5和泵浦光2经光纤耦合器4组成双侧纵向耦合至染料激光放大器6内，对染料激光介质进行泵浦。在被泵浦出的荧光经端镜5和调谐镜8以及光栅7组成的谐振腔进行腔行选择而建立起染料激光。由谐振腔对激光的模式进行选择，并为选择出的激光模式提供正反馈，其中染料激光放大器为由谐振腔反馈回的激光模式提供能量增益。
染料激光经光栅7后产生两束激光，一束是负一级反馈的衍射光束出24照射到调谐镜8上，另一束为第零级输出的输出光束25照射到反射镜9上。
输出光束经反射镜9反射后照射到分光镜10，经分光镜10分出采集激光26和输出激光27。其中采集激光26传输到采集光收集器11内，采集激光26通过标准通讯光纤12传输至波长计13，波长计13对采集激光波长进行测量、并通过USB数据线14输出波长数据至全自动控制系统15中的嵌入式工控机31，嵌入式工控机31通过USB数据线18接收波长数据，实现激光波长的反馈。嵌入式工控机31将反馈波长和设定波长比较，根据偏差继续上述波长调节过程，直至反馈波长达到设定波长，从而实现染料激光器输出激光波长的闭环控制。
输出激光27经反射镜18反射到级间耦合器19上，经级间耦合器19中的准直透镜准直和汇聚透镜聚焦后注入到染料激光预放大器20内。另由光纤传输的泵浦光通过光纤21传输至耦合器22后泵浦到染料激光预放大器20内，对输出激光27进行放大后输出。
嵌入式工控机31根据操作人员输入的波长，并与当前波长比较获得波长偏差，嵌入式工控机31通过计算确定步进电机37需要运转的步数和运转方向，嵌入式工控机31通过PCMCIA总线32、数据输入/输出卡33输出控制步进电机37运转方向的方向信号34(高或低电平)和运转步数的脉冲信号35，步进电机驱动器36接收方向信号34和脉冲信号35，步进电机驱动器36按照方向信号34和脉冲信号35输出步进电机37需要运转的驱动脉冲，驱动脉冲通过四芯电缆驱动正弦调谐机构17中的步进电机37运转。步进电机37的转动带动丝杠41转动，从而使滑块39和驱动杆40一起做直线运动，驱动杆40推动直角三角板42绕活动支撑杆43转动，安装在直角三角板42上的调谐镜8同时转动而改变调谐镜8与光栅7的夹角，夹角的改变使输出光束25的波长改变，这样就实现了波长的控制。
本实用新型采用双侧纵向泵浦，掠入射腔型设计，在低Q值腔中实现稳定的激光输出。光纤传输的泵浦光经耦合器对放大器实施纵向泵浦，可实现即插即用免调节的人本设计理念，结合优良的谐振腔设计可实现近基横模的激光输出。由端镜调节机构可实现腔长的连续变化，从而实现纵模间隔的连续调谐。由光栅角度调谐机构可实现光栅掠入射角度的连续变化，从而实现染料激光线宽的连续变化。由调谐镜相对于光栅角度的变化，实现激光波长的宽带连续调谐和激光器输出波长的闭环控制。
权利要求1.一种新型多纵模染料激光器，其特征在于包括由光纤耦合器(3)、光纤耦合器(4)组成的双侧纵向泵浦结构，端镜(5)的右侧设置有染料激光放大器(6)，在其右侧有光栅(7)，光栅(7)的上方是调谐镜(8)，在光栅(7)的右侧设置有反射镜(9)，在反射镜(9)的上方设置有分光镜(10)，在分光镜(10)的右侧设置有采集光收集器(11)，采集光收集器(11)通过标准通讯光纤(12)与波长计(13)连接，波长计(13)通过USB数据线(14)与全自动控制系统(15)的输入端连接，全自动控制系统(15)通过四芯电缆(16)与正弦调谐机构(17)连接，在分光镜(10)的上方设置有反射镜(18)，在反射镜(18)的左侧设置有级间耦合器(19)，在级间耦合器(19)的左侧设置有染料激光预放大器(20)，泵浦激光束通过光纤传输至光纤耦合器(22)内。
2.根据权利要求1所述的新型多纵模染料激光器，其特征在于全自动控制系统(15)包括嵌入式工控机(31)，嵌入式工控机(31)通过PCMCIA总线(32)与数据输入/输出卡(33)连接，数据输入/输出卡(33)通过电缆与步进电机驱动器(36)连接，步进电机驱动器(36)通过四芯电缆(16)与正弦调谐机构(17)连接。
3.根据权利要求1所述的新型多纵模染料激光器，其特征在于正弦调谐机构(17)包括步进电机(37)，步进电机(37)的转动轴与丝杠(41)同轴连接，步进电机(37)通过四芯电缆(16)与步进电机驱动器(36)连接，驱动杆(40)一端安装在滑块(39)上，驱动杆(40)的另一端顶在直角三角板(42)斜边上，直角三角板(42)能够绕活动支撑杆(43)转动，调谐镜(8)安装在直角三角板(42)上。
专利摘要本实用新型公开了一种新型多纵模染料激光器，包括光纤传输的双侧纵向泵浦光、端镜、光栅和调谐镜组成的振荡级。还包括分光镜、采集光收集器、波长计、全自动控制系统和正弦调谐机构，它们组成了整个激光振荡级的检测和自动控制功能。还包括反射镜、级间耦合器、染料激光预放大器，泵浦激光束通过光纤传输至耦合器内对染料预防大器中的染料激光进行放大，形成了激光器的放大级，经放大后的染料激光即可输出使用。本实用新型实现了稳定的激光输出，实现了染料激光线宽的连续变化，实现了激光波长的宽带连续调谐和激光器输出波长的调谐、扫描、步进、远程控制等通用功能及染料激光波长的闭环控制。
文档编号H01S3/082GK201584644SQ20092025232
公开日2010年9月15日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者张晓卫, 郭津博, 陈日升, 孙桂侠 申请人:核工业理化工程研究院华核新技术开发公司