一种调制纵模全固态和频钠信标激光器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，属于全固态和频钠信标激光器技术领域，包括光轴相互平行的1064nm激光组件和1319nm激光组件以及调制组件，所述调制组件包括电光相位调制器和白噪声源，本实用新型专利技术采用白噪声源作为电光相位调制器的驱动源，所获取的调制纵模在频域上具有高占空比连续展宽的优点，其能激发的钠原子速度群数量相较于单纵模激光可增加约2个量级，相较于多纵模激光可增加约1个量级，从而实现高功率钠信标激光器高效率回光产生与探测。

A modulated longitudinal mode all solid state and frequency sodium beacon laser

The utility model relates to a modulated longitudinal-mode all-solid-state sum-frequency sodium beacon laser, belonging to the technical field of all-solid-state sum-frequency sodium beacon laser, comprising a 1064 nm laser module with parallel optical axes, a 1319 nm laser module and a modulation module. The modulation module comprises an electro-optic phase modulator and a white noise source, and the utility model adopts the device. Using white noise source as the driving source of electro-optic phase modulator, the modulated longitudinal mode has the advantage of high duty cycle continuous broadening in frequency domain. The number of velocity groups of sodium atoms excited by the modulated longitudinal mode can be increased by about 2 orders of magnitude compared with single longitudinal mode laser and about 1 order of magnitude compared with multi-longitudinal mode laser, thus realizing high power sodium signal. High efficiency laser return and generation.

【技术实现步骤摘要】
一种调制纵模全固态和频钠信标激光器
本技术属于全固态和频钠信标激光器
，具体地说涉及一种调制纵模全固态和频钠信标激光器。
技术介绍
当589nm黄光激光照射距离地面高度90km～100km的大气中圈钠层时，将产生较强的后向共振散射回光，它可以为自适应光学系统提供人造导引星——钠信标。基于1064nm与1319nm两束全固态近红外激光和频，是产生钠信标激光器的有效途径，我们可以把该类型激光器称之为全固态和频钠信标激光器。为了提高钠导星的回光效率和回光亮度，需将全固态和频钠信标激光器的中心波长及线宽与钠原子最强吸收线D2线匹配，即需要精确控制1064nm与1319nm两束基频激光的中心波长和线宽。钠原子D2吸收线包括D2a线(真空波长589.15905nm)和D2b线(真空波长589.15709nm)两个峰值，两者频率相差1.772GHz，共振吸收散射截面之比为5：3，自然线宽为10MHz，并且由于多普勒效应D2a线与D2b线均展宽至约1.2GHz，整个D2吸收线展宽为半峰全宽约3GHz的双驼峰状光谱。因此，钠信标激光器的中心波长通常设计对准D2a线，线宽小于3GHz。由于中心波长与线宽均与激光器纵模密切相关，因此，钠信标激光器与普通全固态激光器的一个重要区别就是要求对其纵模进行精确控制。纵模通常分为单纵模与多纵模两种结构，当前国内外全固态和频钠信标激光器的纵模大多为该两种结构。其中，单纵模钠信标激光器的线宽通常远小于钠原子自然线宽(10MHz)，其优点是仅有一个纵模，可将激光波长调谐对准钠原子吸收谱的最强吸收峰，获取最大的共振吸收散射截面；缺点是只能激发一个速度群的钠原子，当钠信标激光器光强增大时极易发生吸收饱和(饱和光强阈值62.4W/m2)。多纵模钠信标激光器的线宽通常为GHz量级，包含数个至数十个纵模，这些纵模以固定的频率间隔呈现梳状离散分布，它与单纵模钠信标激光相比，可以激发更多速度群的钠原子，在高亮度钠信标激光器激发钠原子时的吸收饱和效应可以得到一定缓解。上述两种纵模结构的钠信标激光器在国内外许多天文台中获得了成功应用，但所获得的钠导星亮度最高仅约4.7等星(主要原因是发射的钠信标激光器功率较低)，因此制约着钠信标激光器只能在晴朗的夜晚时候应用。近年以来，随着高功率全固态和频钠信标激光器的迅猛发展，天文自适应光学系统向白天强背景或较差大气透过率等场景应用逐渐成为可能，但由于这些高功率全固态和频钠信标激光器到达钠层时的光强超出了普通单纵模激光器饱和阈值的数十倍乃至数百倍，上述已有的两种纵模结构均存在严重的缺陷：单纵模激光只能激发一个速度群的钠原子，当钠信标激光器功率较高时，大气层钠原子将处于严重饱和状态，导致回光光子数较少；多纵模激光包含数个至数十个纵模，虽然其可以激发更多速度群的钠原子，在一定程度上提高了饱和光强阈值，但其所激发的钠原子的速度群数量相对于整个D2线多普勒展宽光谱拥有的速度群数量(超过300个)相差甚大，仍未有效解决饱和效应，从而无法保障获取高亮度高效率钠信标回光。
技术实现思路
专利技术人在长期实践中发现：调制纵模是一种区别于传统单纵模与多纵模的新型谱线结构，其产生原理是在多纵模(或单纵模)激光的基础上，对其施加超宽带连续谱电光相位调制，使每一个纵模产生序列频率边带，然后这些频率边带通过累积叠加效应，实现纵模谱线宽度的连续展宽。如图1所示，为了进一步分析单纵模、多纵模与调制纵模的激光光谱结构，专利技术人分别获取了单纵模、多纵模与调制纵模激光的光谱示意图，分别如图1-3所示，其中，图3是在图2基础上进行超宽带相位调制而产生的。由图1-3可见，调制纵模激光光谱在频率域的占空比相对于单纵模激光和多纵模激光均大幅提升，而且其可以实现全谱宽范围内的连续式分布。基于调制纵模激光具有高占空比连续展宽光谱结构特点，专利技术人认为将调制纵模激光应用于钠信标天文自适应光学领域具有极其重要的应用价值。为此，现提出一种调制纵模全固态和频钠信标激光器。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，包括光轴相互平行的1064nm激光组件和1319nm激光组件，还包括调制组件，所述调制组件包括电光相位调制器和白噪声源，所述白噪声源的信号输出端与电光相位调制器的信号输入端连接；沿着激光传输光路，所述1064nm激光组件依次包括同光轴设置的单纵模1064nm种子源、1064nm光纤放大器、准直透镜、1064nm块状固体放大器、第一整形透镜组和第一45°全反镜，所述电光相位调制器的输入端与单纵模1064nm种子源连接，其输出端与1064nm光纤放大器连接；沿着激光传输光路，所述1319nm激光组件依次包括同光轴设置的1319nm激光器、第二整形透镜组、第二45°全反镜、聚焦透镜和频晶体，所述第一45°全反镜与第二45°全反镜平行设置，且两者的镜面相对设置。进一步，所述单纵模1064nm种子源为光纤输出接口的连续单纵模1064nm激光器，其真空中心波长为1064.500nm～1064.700nm，其线宽不大于10MHz。进一步，所述电光相位调制器为光纤输入输出接口的高带宽电光相位调制器，其调制带宽大于500MHz，其工作波长为1.06μm。进一步，所述白噪声源为超宽带连续谱信号源，其信号频率覆盖范围大于50MHz。进一步，所述准直透镜的直径为10mm～20mm，其有效焦距为14mm～21mm，准直后的单纵模1064nm激光的光斑直径为2mm～3mm。进一步，所述1319nm激光器为二极管激光泵浦的1319nmNd:YAG固体激光器，其真空中心波长为1319.389nm～1319.082nm，其线宽不大于3GHz，其中心频率等于钠信标激光中心频率与单纵模1064nm激光中心频率之差。进一步，所述第一整形透镜组、第二整形透镜组均由2个正透镜组成，所述正透镜的直径为10mm～50mm，其焦距为直径的5倍～20倍，且2个正透镜间距等于两者的焦距之和，整形后的单纵模1064nm激光的光斑直径为2.0±0.2mm，整形后的1319nm激光的光斑直径为2.4±0.2mm。进一步，所述第一45°全反镜为平面镜，其镜面与单纵模1064nm种子源光轴成45°夹角，其表面镀有单纵模1064nm激光的高反膜，所述第二45°全反镜与1319nm激光器光轴成45°夹角，其镜面中心位于单纵模1064nm种子源反射光轴与1319nm激光器光轴相交处，其表面镀有单纵模1064nm激光的高反膜和1319nm激光的增透膜。进一步，所述聚焦透镜为正透镜，其直径为10mm～50mm，其焦距为直径的5倍～20倍。进一步，所述和频晶体为Ⅰ类非临界相位匹配LBO晶体，其切割角度θ＝90°，Φ＝0°，其长度为20mm～80mm，其中心位于聚焦透镜的一倍焦距处。本技术的有益效果是：1、采用白噪声源作为电光相位调制器的驱动源，所获取的调制纵模在频域上具有高占空比连续展宽的优点，其能激发的钠原子速度群数量相较于单纵模激光可增加约2个量级，相较于多纵模激光可增加约1个量级，从而实现高功率钠信标激光器高效率回光产生与探测。2、单纵模1064nm激光经白噪声源、电光相位调制器调制后变为调制单纵模激光，然后与1319nm激光发生和频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，包括光轴相互平行的1064nm激光组件和1319nm激光组件，其特征在于，还包括调制组件，所述调制组件包括电光相位调制器(2)和白噪声源(3)，所述白噪声源(3)的信号输出端与电光相位调制器(2)的信号输入端连接；沿着激光传输光路，所述1064nm激光组件依次包括同光轴设置的单纵模1064nm种子源(1)、1064nm光纤放大器(4)、准直透镜(5)、1064nm块状固体放大器(6)、第一整形透镜组(7)和第一45°全反镜(8)，所述电光相位调制器(2)的输入端与单纵模1064nm种子源(1)连接，其输出端与1064nm光纤放大器(4)连接；沿着激光传输光路，所述1319nm激光组件依次包括同光轴设置的1319nm激光器(9)、第二整形透镜组(10)、第二45°全反镜(11)、聚焦透镜(12)和频晶体(13)，所述第一45°全反镜(8)与第二45°全反镜(11)平行设置，且两者的镜面相对设置。

【技术特征摘要】
1.一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，包括光轴相互平行的1064nm激光组件和1319nm激光组件，其特征在于，还包括调制组件，所述调制组件包括电光相位调制器(2)和白噪声源(3)，所述白噪声源(3)的信号输出端与电光相位调制器(2)的信号输入端连接；沿着激光传输光路，所述1064nm激光组件依次包括同光轴设置的单纵模1064nm种子源(1)、1064nm光纤放大器(4)、准直透镜(5)、1064nm块状固体放大器(6)、第一整形透镜组(7)和第一45°全反镜(8)，所述电光相位调制器(2)的输入端与单纵模1064nm种子源(1)连接，其输出端与1064nm光纤放大器(4)连接；沿着激光传输光路，所述1319nm激光组件依次包括同光轴设置的1319nm激光器(9)、第二整形透镜组(10)、第二45°全反镜(11)、聚焦透镜(12)和频晶体(13)，所述第一45°全反镜(8)与第二45°全反镜(11)平行设置，且两者的镜面相对设置。2.根据权利要求1所述的一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，其特征在于，所述单纵模1064nm种子源(1)为光纤输出接口的连续单纵模1064nm激光器，其真空中心波长为1064.500nm～1064.700nm，其线宽不大于10MHz。3.根据权利要求1所述的一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，其特征在于，所述电光相位调制器(2)为光纤输入输出接口的高带宽电光相位调制器，其调制带宽大于500MHz，其工作波长为1.06μm。4.根据权利要求1所述的一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，其特征在于，所述白噪声源(3)为超宽带连续谱信号源，其信号频率覆盖范围大于50MHz。5.根据权利要求1所述的一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，其特征在于，所述准直透镜(5)的直径为10mm～20mm，其有效焦距为14mm～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁燕华，张雷，许夏飞，任怀瑾，孙殷宏，陈小明，刘芳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：新型
国别省市：四川,51