一种混合碱金属气态介质激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种混合碱金属气态介质激光器，其包括：混合碱金属密闭蒸气池、温度控制系统、泵浦源系统、泵浦耦合系统和光学谐振腔；混合碱金属密闭蒸气池内含有多种元素的固态或液态碱金属介质，同时蒸气池内还充入了预设压强的缓冲气体；温度控制系统将混合碱金属密闭蒸气池的温度控制在最佳工作温度；泵浦源系统由多个窄线宽激光光源组成，其中心波长分别与蒸气池内的各碱金属介质的吸收波长相吻合；泵浦能量经泵浦耦合系统后进入混合碱金属密闭蒸气池内；光学谐振腔位于混合碱金属密闭蒸气池外部，混合碱金属密闭蒸气池内的碱金属介质吸收泵浦能量后受激辐射出多种波长的光子，多个波长的光子在光学谐振腔内振荡输出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于碱金属蒸气激光器领域，涉及一种混合碱金属气态介质激光器。
技术介绍
半导体激光泵浦碱金属激光器(DiodePumpedAlkaliVaporLaser,DPAL)是近年发展起来的新型高效激光器，它在综合气体激光器和半导体激光泵浦固态激光器(DPSSL)主要优点的同时又在很大程度上回避了各自的缺陷。DPAL具有斯托克斯效率高、热管理性能优良、线宽窄等诸多优点，可实现高功率高光束质量的近红外激光输出，在激光干扰、激光武器、激光冷却、定向能量传输、材料处理及医疗磁共振成像系统等方面有广泛的应用前景。DPAL利用半导体激光(LD)泵浦气态的碱金属原子，其激光介质包括钾(K)、铷(Rb)和铯(Cs)蒸气。三种介质元素均位于元素周期表的第IA族，在能级结构和物理特性上具有较大的相似性。首先，这三种碱金属原子都具有相同的三能级结构,如图1所示。在泵浦注入时，E0能级的电子受激吸收泵浦能量跃迁至激发态E2能级，并弛豫至E1能级，当E1能级和E0能级形成粒子数反转后将产生受激辐射光。其次，三类碱金属介质的饱和蒸气压强和密度都主要由密闭蒸气池的温度所决定，故采用加热含有固态或液体碱金属介质的密闭蒸气池的方法，可获得预期的增益介质密度。此外，对三种碱金属介质而言，通过与缓冲气体(甲烷，乙烷，氦气等)的碰撞效应，均可实现碱金属原子吸收线宽的展宽和精细结构弛豫速率的加快。鉴于K、Rb、Cs这三种相互之间不发生化学反应的激光介质在物理性质上具有如此高的相似度，可将不同种类的碱金属介质混合注入密闭蒸气池内以构建混合碱金属气态介质激光器。该新型激光器可利用单个谐振腔结构，同时实现多个波段的近红外激光输出，在激光加工、激光测距/雷达、激光通信等领域有着巨大的应用潜力。
技术实现思路
(一)专利技术目的本专利技术的目的是：针对现有技术中的缺陷，提供一种混合碱金属气态介质激光器，由于混合碱金属气态介质激光器的密闭蒸气池内含有多种碱金属激光介质，利用该激光器在单个谐振腔内同时实现多个波段的近红外激光输出。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种混合碱金属气态介质激光器，其包括：混合碱金属密闭蒸气池、温度控制系统、泵浦源系统、泵浦耦合系统和光学谐振腔；混合碱金属密闭蒸气池内含有多种元素的固态或液态碱金属介质，同时蒸气池内还充入了预设压强的缓冲气体；温度控制系统布置在混合碱金属密闭蒸气池外部，将混合碱金属密闭蒸气池的温度控制在最佳工作温度；泵浦源系统设置在混合碱金属密闭蒸气池侧部或两端，由多个窄线宽激光光源组成，其中心波长分别与蒸气池内的各碱金属介质的吸收波长相吻合；泵浦能量经泵浦耦合系统后进入混合碱金属密闭蒸气池内；光学谐振腔位于混合碱金属密闭蒸气池外部，混合碱金属密闭蒸气池内的碱金属介质吸收泵浦能量后受激辐射出多种波长的光子，多个波长的光子在光学谐振腔内振荡输出。其中，所述混合碱金属密闭蒸气池充入的碱金属介质为：K和Rb混合介质，或K和Cs混合介质，或Rb和Cs混合介质，或K，Rb和Cs混合介质。其中，所述混合碱金属密闭蒸气池充入的缓冲气体为氦气、甲烷、乙烷、丙烷，或者为上述气体的混合气体。其中，所述泵浦源系统为采用衍射元件压窄激光线宽的半导体激光器或窄线宽激光器。其中，所述泵浦能量通过端面泵浦或侧面泵浦的方式进入混合碱金属密闭蒸气池内。其中，所述泵浦源系统包括垂直于水平光轴排布的第一窄线宽半导体泵浦激光器和第二窄线宽半导体泵浦激光器。其中，所述泵浦耦合系统包括沿水平光轴分布且位于混合碱金属密闭蒸气池两端的第一偏光立方体分光镜和第二偏光立方体分光镜，第一偏光立方体分光镜与第一窄线宽半导体泵浦激光器同轴，第二偏光立方体分光镜与第二窄线宽半导体泵浦激光器同轴。其中，所述光学谐振腔包括位于第一偏光立方体分光镜外侧且同轴的谐振腔全反镜，以及位于第二偏光立方体分光镜外侧且同轴的谐振腔输出镜。其中，所述谐振腔全反镜和谐振腔输出镜之间还设置有偏振片、调Q器件、非线性晶体。其中，所述温度控制系统包括加热器、温度传感器和控制电路。(三)有益效果上述技术方案所提供的混合碱金属气态介质激光器，提出了一种在DPAL密闭蒸气池内充入多种碱金属介质的思路，同时提供了一种利用多种碱金属介质实现多波长激光输出的方法，可对不同波段的DPAL激光分别实现功率、重复频率、脉冲宽度等参量的快速调制；可通过调节蒸气池温度的方法，对不同波段的DPAL激光的强度和强度比例进行调整；可通过改变蒸气池内不同种类碱金属介质的摩尔百分比的方法，适应不同特性的泵浦光源；该激光器的结构相对紧凑，能应用于激光通信领域，从原理上可大幅提高信息的传输带宽，能应用于激光测距、激光成像雷达领域，可提高探测精度和灵敏度。附图说明图1是碱金属原子的能级结构示意图。图2是端面泵浦型混合碱金属气态介质激光器的系统构造原理图。图中，1-第一窄线宽半导体泵浦激光器，2-第二窄线宽半导体泵浦激光器，3-谐振腔全反镜，4-第一偏光立方体分光镜，5-温度控制系统，6-混合碱金属密闭蒸气池，7-第二偏光立方体分光镜，8-谐振腔输出镜。具体实施方式为使本专利技术的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本实施例混合碱金属气态介质激光器包括混合碱金属密闭蒸气池、温度控制系统、泵浦源系统、泵浦耦合系统和光学谐振腔。其中，混合碱金属密闭蒸气池内含有多种元素的固态或液态碱金属介质，不同碱金属介质之间的摩尔百分比会最终影响激光蒸气介质的粒子数密度，此外蒸气池内还充入了一定压强的缓冲气体，用于展宽碱金属原子的吸收线宽和加快精细结构的弛豫速率。温度控制系统布置在混合碱金属密闭蒸气池外部，将混合碱金属密闭蒸气池的温度精确控制在最佳的工作温度上。泵浦源系统设置在混合碱金属密闭蒸气池侧部或两端，由多个窄线宽激光光源组成，其中心波长分别与蒸气池内的各激光介质的吸收波长相吻合；泵浦能量经泵浦耦合系统后进入混合碱金属密闭蒸气池内。光学谐振腔位于混合碱金属密闭蒸气池外部，混合碱金属密闭蒸气池内的碱金属介质吸收泵浦能量后受激辐射出多种波长的光子，多个波长的光子在光学谐振腔内振荡输出。进一步的，混合碱金属密闭蒸气池充入的激光介质可为：K和Rb混合介质；K和Cs混合介质；Rb和Cs混合介质；K，Rb和Cs混合介质。进一步的，可根据泵浦光源的功率，线宽等特性，改变混合碱金属密闭蒸气池内不同种类激光介质的摩尔百分比。进一步的，混合碱金属密闭蒸气池充入的缓冲气体为氦气、甲烷、乙烷、丙烷等气体，或者为上述气体的混合气体。进一步的，混合碱金属密闭蒸气池前后端面可进行镀膜处理。进一步的，泵浦源系统为采用衍射元件压窄激光线宽的半导体激光器或其他类型的窄线宽激光器。进一步的，泵浦能量可通过端面泵浦或侧面泵浦的方式进入混合碱金属密闭蒸气池内。进一步的，泵浦源系统中的不同波长的窄线宽激光光源可相互独立工作。进一步的，可通过改变泵浦激光功率、重复频率、脉冲宽度等参量的方法，实现对输出激光的高效调制。进一步的，可通过改变蒸气池工作温度的方法，对不同波段的DPAL激光的强度和强度比例进行调节。以充入Rb和Cs介质的端面泵浦型混合碱金属气态介质激光器为例，对本专利技术进行进一步详细说明。图2为端面泵浦型混合碱金属气态介质激光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合碱金属气态介质激光器，其特征在于，包括：混合碱金属密闭蒸气池、温度控制系统、泵浦源系统、泵浦耦合系统和光学谐振腔；混合碱金属密闭蒸气池内含有多种元素的固态或液态碱金属介质，同时蒸气池内还充入了预设压强的缓冲气体；温度控制系统布置在混合碱金属密闭蒸气池外部，将混合碱金属密闭蒸气池的温度控制在最佳工作温度；泵浦源系统设置在混合碱金属密闭蒸气池侧部或两端，由多个窄线宽激光光源组成，其中心波长分别与蒸气池内的各碱金属介质的吸收波长相吻合；泵浦能量经泵浦耦合系统后进入混合碱金属密闭蒸气池内；光学谐振腔位于混合碱金属密闭蒸气池外部，混合碱金属密闭蒸气池内的碱金属介质吸收泵浦能量后受激辐射出多种波长的光子，多个波长的光子在光学谐振腔内振荡输出。

【技术特征摘要】
1.一种混合碱金属气态介质激光器，其特征在于，包括：混合碱金属密闭蒸气池、温度控制系统、泵浦源系统、泵浦耦合系统和光学谐振腔；混合碱金属密闭蒸气池内含有多种元素的固态或液态碱金属介质，同时蒸气池内还充入了预设压强的缓冲气体；温度控制系统布置在混合碱金属密闭蒸气池外部，将混合碱金属密闭蒸气池的温度控制在最佳工作温度；泵浦源系统设置在混合碱金属密闭蒸气池侧部或两端，由多个窄线宽激光光源组成，其中心波长分别与蒸气池内的各碱金属介质的吸收波长相吻合；泵浦能量经泵浦耦合系统后进入混合碱金属密闭蒸气池内；光学谐振腔位于混合碱金属密闭蒸气池外部，混合碱金属密闭蒸气池内的碱金属介质吸收泵浦能量后受激辐射出多种波长的光子，多个波长的光子在光学谐振腔内振荡输出。2.如权利要求1所述的混合碱金属气态介质激光器，其特征在于，所述混合碱金属密闭蒸气池充入的碱金属介质为：K和Rb混合介质，或K和Cs混合介质，或Rb和Cs混合介质，或K，Rb和Cs混合介质。3.如权利要求2所述的混合碱金属气态介质激光器，其特征在于，所述混合碱金属密闭蒸气池充入的缓冲气体为氦气、甲烷、乙烷、丙烷，或者为上述气体的混合气体。4.如权利要求1所述的混合碱金属气态介质激光器，其特征在于，所述泵浦...

【专利技术属性】
技术研发人员：王浟，蔡和，王顺艳，韩聚洪，安国斐，余航，荣克鹏，张伟，薛亮平，王宏元，周杰，
申请(专利权)人：西南技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51