本发明涉及一种四端泵窄脉宽固体激光发生装置，特别是一种皮米级极窄线宽固体激光发生装置。
背景技术：
红外波段的激光应用广泛，涉及军事、红外遥感、医疗及光通信等方面，尤其是可以在非线性转换作用下实现中远红外的激光输出。目前，单掺tm激光器基本采用单末端泵浦方式，这降低了激光晶体对泵浦光吸收的均匀性，导致晶体内部热分布的不平衡，给激光器的高功率运转带来不良影响，而且线宽较宽，对于大气中传输衰减比较明显，不能满足军事及民事的使用需求。
另外，现有的调节光路技术，都是手动调节，很难获得理想脉宽的激光输出，而且手动调节时仅能一次调节单一元器件，难以获得理想脉宽的激光输出。因此，长期的科研当中，光路调节不仅成为一种技术难题，也成为制约理论与实践的最大障碍。
技术实现要素：
本发明为了解决现有单末端泵浦的激光器输出激光脉宽太宽，且调节不变的技术问题，提出了新的固体激光装置脉宽压缩调节方案。
本发明提供的一种四端泵窄脉宽固体激光发生装置，包括：
第一光学系统，包括，第一激光发生装置1、第一隔离装置2、第一全反射镜3、第一激光晶体6、第二全反射镜7、第二隔离装置8、第二激光发生装置9、输出镜16；
其中，第一激光发生装置1发射的抽运光束经第一隔离装置2透射后入射至第一全反射镜3，经第一全反射镜3透射至第一激光晶体6，获得震荡光束，该震荡光束经第二全反射镜7反射回第一全反射镜3，经第一全反射镜3反射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后从输出镜16输出；
第二激光发生装置9发射的抽运光束经第二隔离装置8透射后入射至第二全反射镜7，经第二全反射镜7透射至第一激光晶体6，获得震荡光束，该震荡光束经第一全反射镜3反射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后经输出镜16输出；
第二光学系统，包括，第三激光发生装置5、第三隔离装置4、第一全反射镜3、第二激光晶体10、第三全反射镜11、第四隔离装置12、第四激光发生装置13、输出镜16；
其中，第三激光发生装置5发射的抽运光束经第三隔离装置4透射后入射至第一全反射镜3，经第一全反射镜3透射至第二激光晶体10，获得震荡光束，该震荡光束入射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后经输出镜16输出；
第四激光发生装置13发射的抽运光束经第四隔离装置12透射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11透射至第二激光晶体10，获得震荡光束，该震荡光束入射至第一全反射镜3，经第一全反射镜3反射至第二全反射镜7后又反射回第一全反射镜3，经第二激光晶体10透射后入射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后经输出镜16输出；
第一脉宽压缩装置14，包括：
第一转动调整台，该第一转动调整台具有微米级步进电控系统；
石墨烯布拉格光栅，位于所述第一转动调整台上，处于光路中心，能够在所述第一转动调整台的转动下进行微米级角度调整；
第二脉宽压缩装置15，包括：
第二转动调整台，该第二转动调整台具有微米级步进电控系统；
f-p腔，位于所述第二转动调整台上，处于光路中心，能够在所述第二转动调整台的转动下进行微米级角度调整；
计算机控制系统17，所述输出光束被所述示波器18接收后，将脉宽信号反馈至所述计算机控制系统17，所述计算机控制系统17预先存储的模拟信息进行比较，并根据比较结果自动调整第一激光发生装置1、第二激光发生装置9、第三激光发生装置5、第四激光发生装置3、第一脉宽压缩装置14、第二脉宽压缩装置15的参数，直到所述输出光的性能与所述预先存储的模拟信息相吻合，从而获得皮米线宽的激光输出。
进一步的，所述计算机控制系统17分别单独控制第一激光发生装置1、第二激光发生装置9、第三激光发生装置5、第四激光发生装置3的激光输出功率，获得稳定的激光输出后，再根据所述预先存储的模拟信息先调整第一脉宽压缩装置14进行脉宽压缩，再调整第二脉宽压缩装置15进行脉宽压缩。
进一步的，所述石墨烯布拉格光栅为光纤光栅结构，包括纤芯、包层、石墨烯层；所述石墨烯层厚度为0.1mm；所述f-p腔的厚度为0.15mm。
进一步的，所述第一激光晶体和第二激光晶体均为单掺tm晶体，单掺tm晶体的的掺tm3+浓度为1.25at.％；掺tm晶体的曲率半径为-250mm，掺tm晶体的长度80mm。
本发明的有益效果：本发明为了获得极窄脉宽的大功率固体激光装置，采用腔内双晶体以及双末端泵浦结构，并采用二级脉宽压缩装置，结合计算机精确控制系统，使得整个激光器在自动调节的前提下，能够实现皮米级窄脉宽的激光输出，而且可以实现完全自动调节，方便高效。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的室温条件下固体激光发生装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
如图1所示，本发明提供的一种四端泵窄脉宽固体激光发生装置，包括：
第一光学系统，包括，第一激光发生装置1、第一隔离装置2、第一全反射镜3、第一激光晶体6、第二全反射镜7、第二隔离装置8、第二激光发生装置9、输出镜16；
其中，第一激光发生装置1发射的抽运光束经第一隔离装置2透射后入射至第一全反射镜3，经第一全反射镜3透射至第一激光晶体6，获得震荡光束，该震荡光束经第二全反射镜7反射回第一全反射镜3，经第一全反射镜3反射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后从输出镜16输出；
第二激光发生装置9发射的抽运光束经第二隔离装置8透射后入射至第二全反射镜7，经第二全反射镜7透射至第一激光晶体6，获得震荡光束，该震荡光束经第一全反射镜3反射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后经输出镜16输出；
第二光学系统，包括，第三激光发生装置5、第三隔离装置4、第一全反射镜3、第二激光晶体10、第三全反射镜11、第四隔离装置12、第四激光发生装置13、输出镜16；
其中，第三激光发生装置5发射的抽运光束经第三隔离装置4透射后入射至第一全反射镜3，经第一全反射镜3透射至第二激光晶体10，获得震荡光束，该震荡光束入射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后经输出镜16输出；
第四激光发生装置13发射的抽运光束经第四隔离装置12透射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11透射至第二激光晶体10，获得震荡光束，该震荡光束入射至第一全反射镜3，经第一全反射镜3反射至第二全反射镜7后又反射回第一全反射镜3，经第二激光晶体10透射后入射至第三全反射镜11，经第三全反射镜11反射后经输出镜16输出；
第一脉宽压缩装置14，包括：
第一转动调整台，该第一转动调整台具有微米级步进电控系统；
石墨烯布拉格光栅，位于所述第一转动调整台上，处于光路中心，能够在所述第一转动调整台的转动下进行微米级角度调整；
第二脉宽压缩装置15，包括：
第二转动调整台，该第二转动调整台具有微米级步进电控系统；
f-p腔，位于所述第二转动调整台上，处于光路中心，能够在所述第二转动调整台的转动下进行微米级角度调整；
计算机控制系统17，所述输出光束被所述示波器18接收后，将脉宽信号反馈至所述计算机控制系统17，所述计算机控制系统17预先存储的模拟信息进行比较，并根据比较结果自动调整第一激光发生装置1、第二激光发生装置9、第三激光发生装置5、第四激光发生装置3、第一脉宽压缩装置14、第二脉宽压缩装置15的参数，直到所述输出光的性能与所述预先存储的模拟信息相吻合，从而获得皮米线宽的激光输出。
其中，石墨烯布拉格光栅可以制作为光纤光栅结构，包括纤芯、包层、石墨烯层。石墨烯具有零带隙结构，所以石墨烯价带中的电子很容易吸收泵浦光子跃迁到导带上，而且满足狄拉克分布，这一过程会直接导致石墨烯能带结构的电子分布发生改变。当改变泵浦光强度时，石墨烯的能带电子的分布也不一样。啁啾布拉格光栅的反射带宽是由纤芯折射率和周期分布决定的。由于啁啾布拉格光栅的纤芯已经被周期性的调制，包裹在纤芯上面的石墨烯的能带电子分布的变化会进一步导致光栅的调制折射率的改变，这样最终导致了光栅反射谱的带宽发生变化。因此，本发明可以通过改变调控石墨烯的泵浦光强来改变啁啾布拉格光栅的反射带宽。通过改变输出激光的功率大小，来对所述石墨烯啁啾布拉格光栅的反射带宽进行光控调节，从而实现输出激光脉宽的调节，其中输出激光的功率越大，调节后的石墨烯啁啾布拉格光栅的反射带宽越宽。
优选的，所述计算机控制系统17分别单独控制第一激光发生装置1、第二激光发生装置9、第三激光发生装置5、第四激光发生装置3的激光输出功率，获得稳定的激光输出后，再根据所述预先存储的模拟信息先调整第一脉宽压缩装置14进行脉宽压缩，再调整第二脉宽压缩装置15进行脉宽压缩。
所述的第一转动调整台、第二转动调整台可以由同一微米级步进电控系统统一控制，也可分别控制，所述微米级步进电控系统接受所述计算机控制系统17的控制。
优选的，所述石墨烯布拉格光栅为光纤光栅结构，包括纤芯、包层、石墨烯层；所述石墨烯层厚度为0.1mm；所述f-p腔的厚度为0.15mm。
优选的，所述第一激光晶体和第二激光晶体均为单掺tm晶体，单掺tm晶体的的掺tm3+浓度为1.25at.％；掺tm晶体的曲率半径为-250mm，掺tm晶体的长度80mm。
其中，所述第一激光晶体和第二激光晶体均为单掺tm晶体，单掺tm晶体的的掺tm3+浓度为0.8-1.5％；掺tm晶体的曲率半径为-250mm，掺tm晶体的长度40-80mm。
本实施方式选用单掺tm晶体作为激光增益介质，单掺tm晶体在1.9μm波段有强吸收峰，因此选用与tm晶体吸收峰相匹配的1.9μm激光作为单掺tm激光器的泵浦源，谐振腔结构为折叠腔，腔内折叠串联两块tm晶体，每个tm晶体都有两个1.9μm激光对其双末端泵浦采用腔内串联单掺tm晶体的结构，并对每块晶体进行双末端泵浦，大幅提高1.9μm激光的注入功率，改善晶体内部的热分布，从而实现高光束质量的高功率2μm激光输出。
当向掺tm晶体注入泵浦激光的公率为180w时，输出获得114w稳定的2μm激光输出，激光器光光转换效率达到63.5％。调q晶体重复频率为50khz时，获得平均功率为111w的脉冲输出激光，最大输出功率水平下的光束质量因子m2值约为1.9。
本发明的有益效果：本发明为了获得极窄脉宽的大功率固体激光装置，采用腔内双晶体以及双末端泵浦结构，并采用二级脉宽压缩装置，通过第一级的压缩，获得纳米级的脉宽信号，并调整角度，进一步采用第二级的脉宽压缩，最终获得了理想的皮米级的输出光，在实现过程中，一方面通过控制泵浦光的输出光功率，另一方面通过自动调节多个脉宽压缩器件的角度参数，能够方便的获得理想的脉宽输出。结合计算机精确控制系统，使得整个激光器在自动调节的前提下，能够实现皮米级窄脉宽的激光输出，而且可以实现完全自动调节，方便高效。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。