一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器制造技术

本发明专利技术涉及一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，包括有双激光器主体，二氧化碳激光泵浦光路和激光器辅助系统；所述的双激光器主体包括有泵浦端真空腔体，输出端真空腔体，2根激光管，4根殷钢，泵浦端真空腔体；所述的二氧化碳泵浦光路整个泵浦光路和双激光器主体都固定在光学面板上，由二氧化碳激光器出射的激光，经过聚光和分束、不同的布诺斯特窗进入腔体；所述的输出端真空腔体被两台太赫兹激光器共用，还包括有高精度三维调节机构，用于固定中心孔铜镜，在密封条件下远程调节两台激光器的谐振腔长度，即泵浦端和输出端两个中心孔铜镜间的距离，通过对谐振腔长度的精确调节，进而实现对太赫兹双频激光器的输出功率和差频进行控制。差频进行控制。差频进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器


[0001]本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器。

技术介绍

[0002]太赫兹波是指频率在0.1～10THz(波长为3000～30微米)范围内的电磁辐射，位于微波和红外光之间相当宽范围的电磁辐射区域。它包含了由部分毫米波段(约0.1THz)到远红外区(约25THz)的一段电磁频谱。能够产生太赫兹频段激光的光源称作太赫兹激光器，太赫兹激光器是等离子体诊断技术中远红外激光干涉仪的重要光源。
[0003]等离子体电子密度是托卡马克聚变装置实验研究中极为重要的物理参数，与众多的物理现象相关联，并且能够衡量装置的实验水平，在磁约束聚变研究中，一般使用远红外激光干涉仪对等离子体的电子密度进行诊断。例如JET装置上配置的远红外DCN干涉仪，LHD和RFX装置上配置的远红外CH3OH干涉仪等。干涉仪诊断技术的发展速度极快，这使得诊断用的干涉仪具有很多种类型，使用最为广泛的，当属Mach
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Zehnder型外差式干涉仪。它主要是根据远红外光在真空和等离子体中传播时产生的折射率不同，在其传播方向上会产生不同的相移，通过计算探测到的相移来获得需要的电子密度参数。对于外差式的干涉仪系统，在实际测量时需要产生差频信号，其频差大小也决定了其时间分辨率。干涉仪调制差频的方法有多种，例如转动光栅法、双激光器法等。
[0004]目前，国内外都在研究发展双光色激光干涉仪和偏振仪，这种技术对磁约束聚变实验也越来越重要。在未来的ITER和CFETR聚变装置上，为了满足高参数的等离子体物理诊断的需求，正在努力研发使用远红外波段光源的双色激光器干涉仪。而紧凑型的二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，与传统单频激光器相比，具有以下优点：1.相比于用转动光栅调制中频信号，由于减少了转动光栅的机械振动，信噪比较好。2.双激光器系统时间分辨率高，易达到兆赫兹量级。3.与超级真空转动光栅相比，其光学系统和机械结构较简单。
[0005]现有技术中，期刊文章“G.Li,X.C.Wei,H.Q.Liu,Development of an HCN dual laser for the interferometer on EAST,Plasma Science and Technology,Vol.19,Jun.20,2017.”介绍了一种电激励的HCN双频激光器的研制及其中频稳定性控制，但是，HCN激光器作为电激励的气体激光器，其中频稳定性远远不如二氧化碳泵浦激光器，对中频控制技术要求极高。论文“邹志勇.EAST偏振干涉仪研制[D]，中国科学技术大学，2018.”介绍了使用双激光器原理的三波法研制的偏振干涉仪实现EAST聚变装置上的等离子体电子密度诊断，但该论文中偏振干涉仪的光源二氧化碳泵浦甲酸激光器是美国研制的，并且是分离式的三台激光器。
[0006]二氧化碳泵浦太赫兹激光器技术长期以来被欧美日等发达国家垄断，已被我国列为“卡脖子”技术，极大地限制了国内太赫兹技术的发展。而二氧化碳泵浦的紧凑型双频激光器技术又是二氧化碳泵浦太赫兹单频激光器研制基础上应用于等离子体电子密度诊断不了或缺的技术，因此，研制该仪器具有极高的应用价值。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的是研制一种体积小、结构紧凑的二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，该激光器可以同时输出两道太赫兹激光，通过远程调节腔体内部的三维调节机构，可以实现精确的差频输出；并且，通过更换工作气体并调节各光学器件，可以输出不同波长的太赫兹激光，成为远红外激光干涉仪的理想光源。
[0008]本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，包括有双激光器主体，二氧化碳激光泵浦光路和激光器辅助系统；
[0009]所述的双激光器主体包括有泵浦端真空腔体，输出端真空腔体，2根激光管，4根殷钢，泵浦端真空腔体；
[0010]所述的二氧化碳泵浦光路整个泵浦光路和双激光器主体都固定在光学面板上，由二氧化碳激光器出射的激光，由第一分光片分为两束，两束中的一束由第二分光片再次分光，分别进入二氧化碳功率计和波长计中，波长计和功率计用于监测二氧化碳激光器的波长和输出功率，保证泵浦光的稳定性；由第一分光片分出的另一束激光通过第一反射镜和聚焦镜入射到第三分光片上，由第三分光片再次分为两束，其中一束进入第一台激光器的第一布诺斯特窗，另一束通过第二反射镜进入第二台激光器的第二布诺斯特窗；
[0011]所述的输出端真空腔体被两台太赫兹激光器共用，还包括有高精度三维调节机构，用于固定中心孔铜镜，在密封条件下远程调节两台激光器的谐振腔长度，即泵浦端和输出端两个中心孔铜镜间的距离，通过对谐振腔长度的精确调节，进而实现对太赫兹双频激光器的输出功率和差频进行控制。
[0012]进一步的，所述殷钢采用因瓦合金材料。
[0013]进一步的，采用1台二氧化碳激光器通过同时泵浦两台太赫兹激光腔。
[0014]进一步的，激光器辅助系统包括有进气系统，真空系统和水冷系统。
[0015]进一步的，所述的泵浦端真空腔体被两台太赫兹激光器共用，通过分光后的二氧化碳光通过泵浦端真空腔体上的第一、第二布诺斯特窗、进入泵浦端真空腔体中，进而进入激光管中泵浦工作气体，实现工作气体的能级跃迁。
[0016]进一步的，在泵浦太赫兹双频激光器的使用中，要先调节激光器的输出功率，使两台激光器的输出功率达到最佳，得到双频激光器的差频信号，再对其中一台激光器进行高精度调节，得到想要的中频频率。
[0017]进一步的，输出端真空腔体之间通过4根殷钢水平连接，2根激光管密封连接在两个真空腔体之间，2根激光管水平排列，每根管壁外固定有不锈钢水冷管。
[0018]进一步的，所述的进气系统，包括有气瓶，流量阀和流量控制器；气瓶中的气体通过流量阀和气管连接到输出端真空腔体，流量控制器控制流量阀的进气量，通过更换气瓶中所用工作气体，实现不同气体分子的能极跃迁，能够实现太赫兹激光器输出不同波长的太赫兹激光。
[0019]进一步的，所述的真空系统，通过波纹管连接在泵浦端真空腔体上，使用有一台机械泵使两台太赫兹激光器腔保持真空。
[0020]所述的水冷系统通过水冷机连接不锈钢水冷管，通过水冷机的内循环水使激光管管壁温度保持恒定。
[0021]进一步的，所述三维调节机构，底部为一个高精度电动平移台，用于远程控制平移
台上的镜架实现精度高于1微米的前后平移，平移台上的镜架为二维调节镜架，通过手动调节两个微分头实现镜子的旋转和俯仰角调节，通过该镜架准确调节输入端和输出端铜镜，使两个镜子保持平行，并且能够远程精确调节谐振腔长度。
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术的优点是凭借二氧化碳泵浦激光器自身输出极为稳定的优势研制出的双频激光器体积小、结构紧凑，可以输出极为稳定的差频信号，是远红外激光干涉仪的理想光源。双频激光器实现了两台激光器的输出功能却只用了1台二氧化碳激光器和1套激光器辅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，其特征在于：包括有双激光器主体，二氧化碳激光泵浦光路和激光器辅助系统；所述的双激光器主体包括有泵浦端真空腔体，输出端真空腔体，2根激光管，4根殷钢，泵浦端真空腔体；所述的二氧化碳泵浦光路整个泵浦光路和双激光器主体都固定在光学面板上，由二氧化碳激光器出射的激光，由第一分光片分为两束，两束中的一束由第二分光片再次分光，分别进入二氧化碳功率计和波长计中，波长计和功率计用于监测二氧化碳激光器的波长和输出功率，保证泵浦光的稳定性；由第一分光片分出的另一束激光通过第一反射镜和聚焦镜入射到第三分光片上，由第三分光片再次分为两束，其中一束进入第一台激光器的第一布诺斯特窗，另一束通过第二反射镜进入第二台激光器的第二布诺斯特窗；所述的输出端真空腔体被两台太赫兹激光器共用，还包括有高精度三维调节机构，用于固定中心孔铜镜，在密封条件下远程调节两台激光器的谐振腔长度，即泵浦端和输出端两个中心孔铜镜间的距离，通过对谐振腔长度的精确调节，进而实现对太赫兹双频激光器的输出功率和差频进行控制。2.根据权利要求1所述的一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，其特征在于：所述殷钢采用因瓦合金材料。3.根据权利要求1所述的一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，其特征在于：采用1台二氧化碳激光器通过同时泵浦两台太赫兹激光腔。4.根据权利要求1所述的一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，其特征在于：激光器辅助系统包括有进气系统，真空系统和水冷系统。5.根据权利要求1所述的一种紧凑型二氧化碳泵浦太赫兹双频激光器，其特征在于：所述的泵浦端真空腔体被两台太赫兹激光器共用，通过分光后的二氧化碳光通过泵浦端真空腔体上的第一、第二布诺斯特窗进入泵浦...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海庆，解家兴，张际波，魏学朝，揭银先，王宏北，
申请(专利权)人：合肥综合性国家科学中心能源研究院安徽省能源实验室，
类型：发明
国别省市：