[发明专利]一种基于晶体拉曼放大技术的脉冲式高能量单频589nm激光器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于晶体拉曼放大技术的脉冲式高能量单频589nm激光器，属于固态激光的技术领域。

背景技术

589nm波长的激光有着许多重要的应用。在医疗，激光雷达，显示等领域有着广泛的应用。尤其是在天文和国防领域，高能量、窄线宽的589nm激光可以激发大气层中的钠元素，产生共振荧光，形成“钠导星”。通过处理“钠导星”的回波信号，可以补偿大气湍流导致的相位误差，获得更加清晰的大气图像，这引起了全球各国研究者的广泛关注。

目前，应用较为广泛的钠导星激光器主要有两种：1064nm和1319nm固体激光器和频激光器以及1178nm光纤拉曼放大倍频激光器。但是由于固体和频激光器要分别对1064nm和1319两套激光系统进行精密的线宽控制、光束质量控制等，还要解决两套系统的时间同步问题，使得该方案的系统结构复杂。而对于光纤拉曼放大激光器，其增益介质是常规单模光纤，抗激光损伤的能力有限，使得其仅适用于连续或准连续状态下运转，难以产生高峰值功率的激光脉冲。晶体拉曼放大器由于其结构更加简单，紧凑，增益介质损伤阈值高，可以获得较高的能量和峰值功率，在钠导星激光器领域上获得了越来越多的关注。

晶体拉曼放大器将低功率、高光束质量的种子光和基频光同时注入拉曼晶体中，通过受激拉曼散射，将基频光的能量向种子光转化，从而获得高功率、高光束质量的拉曼光输出。相较于中国专利文献CN104821482A与中国专利文件CN105552709A所采用的基于晶体拉曼技术获得589nm波长激光器的方法，本发明采用晶体拉曼放大技术的方法，将通过拉曼技术获得的拉曼光，再次通过拉曼晶体，将拉曼光进行进一步放大，可以极大地提高激光输出的功率与能量。

中国专利文献CN106558829A与中国专利文献CN106785881A提出一种通过同时获得两种拉曼光，再将两种拉曼光和频的方法获得589nm波长激光的方法。这种方案需要两种不同的拉曼晶体，且需要对两束拉曼光分别进行控制。本发明提出的方案只需要一种拉曼晶体，只需要对一种拉曼光进行控制，结构更为简单，整体系统便于调节。

更为重要的是，由于受激拉曼散射的过程具有级联效应，本发明通过被动调Q方式，经过过特殊的结构设计，限制受激拉曼散射级联效应的产生，减少不必要能量的损失。频率为ω_p的基频光被拉曼介质散射后，会产生频率为ω_S1的一阶斯托克斯光；当一阶斯托克斯光强度足够大时，会产生频率为ω_S2二阶斯托克斯光；以此类推，高阶斯托克斯光也会相继产生。高阶斯托克斯光会消耗一阶斯托克斯光能量，导致一阶斯托克斯光转化效率低。同时也会产生不必要的杂散光，影响激光器整体输出。为此，相较于主动调Q方式，本发明1.06μm基频光种子源采用被动调Q方式，可以通过选取、放置不同的被动调Q晶体，控制基频光脉宽在百纳秒量级，从而将其峰值功率控制在合理范围内，在获得高能量一阶斯托克斯光的同时，限制其峰值功率，使高阶斯托克斯光无法产生。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于晶体拉曼放大技术的脉冲式高能量单频589nm激光器。

本发明所述的激光器具有波长准确、线宽窄、脉冲能量大、峰值功率高、结构简单等优点，在天文观测及国防军工等领域有极其重要的应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种基于晶体拉曼放大技术的脉冲式高能量单频589nm激光器，包括：1.06μm基频光种子源、1.06μm基频光多级放大系统、1178nm拉曼种子光系统、1178nm拉曼放大系统、高效倍频系统和电学控制系统。

根据本发明优选的，所述的1.06μm基频光种子源通过被动调Q和纵模选取获得单纵模百纳秒量级脉宽的脉冲输出。所述的1.06μm基频光种子源将进入10.6μm基频光多级放大系统进行能量放大。

根据本发明优选的，所述1.06μm基频光种子源采用LD端面泵浦方式，以掺钕晶体为增益介质。

根据本发明优选的，所述电学控制系统用于：控制1.06μm基频光多级放大系统电源的开关，使所述1.06μm基频光种子源与1.06μm基频光多级放大系统在时序上同步工作。

根据本发明优选的，所述电学控制系统通过光电探测器探测1.06μm基频光种子源发出种子光信号，并将种子光信号进行延时、波形转换处理后，输出给1.06μm基频光多级放大系统。

根据本发明优选的，所述1.06μm基频光多级放大系统包括一个或多个双程放大装置,用于接收并放大1.06μm基频光种子源发出的种子光。