激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器及激光产生方法技术

本发明专利技术公开了一种激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器及激光产生方法，该激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，包括：循环流道结构，包括：碱金属蒸发收集器；循环流道，与碱金属蒸发收集器相连通，包括相连通的第一流道、第二流道和核心流道区；温度控制环，以及驱动装置，位于第一流道和第二流道之间；泵浦结构，包括：激光二极管；以及非球面聚焦镜，设置于核心流道区内；以及谐振腔，其光轴与核心流道区的轴向共轴；其中，谐振腔输出的激光的方向与泵浦光聚焦的焦点共线，核心流道区内碱金属蒸气的流动方向与激光的方向相同或相向。气的流动方向与激光的方向相同或相向。气的流动方向与激光的方向相同或相向。

【技术实现步骤摘要】
激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器及激光产生方法


[0001]本专利技术涉及激光器技术，特别涉及激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器及激光产生方法。

技术介绍

[0002]激光二极管泵浦碱金属蒸气激光器(Diode Pumped Alkali vapor Laser，DPAL)是近年提出的一种新型的光泵气体激光器。其增益介质是蒸气状态的碱金属(主要指钾(K)、铷(Rb)、铯(Cs))。K、Rb、Cs激光二极管泵浦碱金属蒸气激光器中增益介质的能级跃迁结构相同。图1是DPAL中增益介质的能级跃迁示意图。如图1所示，n是碱金属原子最外层电子所在电子层数，K、Rb、Cs对应的n分别为4、5、6。nS
1/2
为基态能级，nP
1/2
和nP
3/2
为最外层电子自旋
‑
轨道相互作用而劈裂的激发态能级。D2、D1线分别对应增益介质的泵浦跃迁和激光跃迁。
[0003]DPAL具有95％以上的量子效率，并且增益介质是气体，光学均匀性好，可以流动散热，有望实现高功率高光束质量的激光输出，在激光加工、激光传能、光电对抗、激光武器等方面具有广阔的应用前景。
[0004]使增益介质流动以解决散热问题，是DPAL实现高功率输出的主要技术手段。相关的DPAL所采用的技术手段均为横向流动，即增益介质的流动方向与激光光轴垂直。图2是横向流动DPAL示意图。如图2所示，气体流动沿着u的方向，而激光沿L方向，与气流方向垂直。增益介质横向流动的技术路线有利于获得大的增益体积及高功重比(功率/重量)高功体比(功率/体积)，适合研制超高功率DPAL，以满足激光武器等应用需求。但其光束质量较低，难以实现基模的激光输出，不适用于激光加工、激光切割等应用中。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供利用激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器及激光产生方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
[0006]为了实现上述目的，作为本专利技术的第一个方面，提供了一种激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，包括：循环流道结构，包括：碱金属蒸发收集器，用于产生或者收集碱金属蒸气；循环流道，装有预先充好的缓冲气体，与所述碱金属蒸发收集器相连通，用于使产生的所述碱金属蒸汽循环流动，包括相连通的第一流道、第二流道和核心流道区；温度控制环，用于控制所述核心流道区内碱金属蒸气的温度，以及驱动装置，位于所述第一流道和第二流道之间，用于驱动所述碱金属蒸气在所述循环流道内循环流动；泵浦结构，包括：激光二极管，用于提供泵浦光；以及非球面聚焦镜，设置于所述核心流道区内，用于使入射在非球面聚焦镜上的所述泵浦光聚焦，从而使所述核心流道区内的碱金属蒸气产生粒子数反转，进而产生激光；以及谐振腔，其光轴与所述核心流道区的轴向共轴，所述碱金属蒸汽在所述核心流道区经泵浦光激励产生的激光通过所述谐振腔振荡后输出；其中，所述谐振腔输出的所述激光的方向与所述泵浦光聚焦的焦点共线，所述核心流道区内碱金属蒸气的流
动方向与所述激光的方向相同或相向。
[0007]作为本专利技术的第二个方面，还提供了一种如上所述的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器产生激光的方法，包括：利用碱金属蒸发收集器产生碱金属蒸气并流入第一流道；进入第一流道的所述碱金属蒸气在驱动装置驱动下经第二流道流入核心流道区；利用温度控制环控制进入所述核心流道区的所述碱金属蒸气温度；利用非球面聚焦镜使泵浦光聚焦，从而使所述核心流道区内的碱金属蒸气产生粒子数反转，进而产生激光；使所述激光在谐振腔中振荡并输出；其中，所述谐振腔输出的所述激光的方向与所述泵浦光聚焦的焦点共线，所述核心流道区内碱金属蒸气的流动方向与所述激光的方向相同或相向。
[0008]从上述技术方案可以看出，本专利技术的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器及激光产生方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0009](1)本专利技术的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，其谐振腔输出的所述激光的方向与所述泵浦光聚焦的焦点共线，所述核心流道区内碱金属蒸气的流动方向与所述激光的方向相同或相向，这使得泵浦光的参数，如线宽、功率密度分布等以及增益介质的流体力学参数如碱金属流速、热力学参数如碱金属气体的温度、密度、压强和流速等全部参数均以谐振腔的光轴为对称中心轴对称分布，即在径向上对称，有利于获得较好的光束质量，实现基模的激光输出。
[0010](2)本专利技术的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器在循环流道装有预先充好的缓冲气体，该缓冲气体可以使碱金属蒸气更好的吸收泵浦光，从而产生粒子数反转。
附图说明
[0011]图1是DPAL中增益介质的能级跃迁示意图；
[0012]图2是横向流动DPAL示意图；
[0013]图3是本专利技术的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器装置图；
[0014]图4a为专利技术的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器的挡板打开的状态；
[0015]图4b为专利技术的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器的挡板关闭的状态。
[0016]附图标记说明
[0017]1 温度控制环
[0018]2 上游流道
[0019]3 下游流道
[0020]4 热交换器
[0021]5 碱金属蒸发收集器
[0022]6 风机
[0023]7 挡板
[0024]8 非球面聚焦镜
[0025]9 全反射镜片
[0026]10 激光输出镜片
[0027]11 子核心流道区
[0028]12 Y型管道
具体实施方式
[0029]在实施本专利技术的过程中发现，在碱金属蒸气激光器中，通过设计，使谐振腔输出的激光的方向与泵浦光聚焦的焦点共线，使核心流道区内碱金属蒸气的流动方向与激光的方向相同或相向，可以输出质量较好的激光，同时可以实现基模的激光输出。
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0031]根据本专利技术的实施例，提供了一种激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，包括：循环流道结构，包括：碱金属蒸发收集器，用于产生或者收集碱金属蒸气；循环流道，，装有预先充好的缓冲气体，与碱金属蒸发收集器相连通，用于使产生的碱金属蒸汽循环流动，包括相连通的第一流道(即下游流道)、第二流道(即上游流道)和核心流道区；温度控制环，用于控制核心流道区内碱金属蒸气的温度，以及驱动装置，位于第一流道和第二流道之间，用于驱动碱金属蒸气在循环流道内循环流动；泵浦结构，包括：激光二极管，用于提供泵浦光；以及非球面聚焦镜，设置于核心流道区内，用于使入射在非球面聚焦镜上的泵浦光聚焦，从而使核心流道区内的碱金属蒸气产生粒子数反转，进而产生激光；以及谐振腔，其光轴与核心流道区的轴向共轴(即共线或平行)，碱金属蒸汽在核心流道区经泵浦光激励产生的激光通过谐振腔振荡后输出；其中，谐振腔输出的激光的方向与泵浦光聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，包括：循环流道结构，包括：碱金属蒸发收集器，用于产生或者收集碱金属蒸气；循环流道，装有预先充好的缓冲气体，与所述碱金属蒸发收集器相连通，用于使产生的所述碱金属蒸汽循环流动，包括相连通的第一流道、第二流道和核心流道区；温度控制环，用于控制所述核心流道区内碱金属蒸气的温度，以及驱动装置，位于所述第一流道和第二流道之间，用于驱动所述碱金属蒸气在所述循环流道内循环流动；泵浦结构，包括：激光二极管，用于提供泵浦光；以及非球面聚焦镜，设置于所述核心流道区内，用于使入射在非球面聚焦镜上的所述泵浦光聚焦，从而使所述核心流道区内的碱金属蒸气产生粒子数反转，进而产生激光；以及谐振腔，其光轴与所述核心流道区的轴向共轴，所述碱金属蒸汽在所述核心流道区经泵浦光激励产生的激光通过所述谐振腔振荡后输出；其中，所述谐振腔输出的所述激光的方向与所述泵浦光聚焦的焦点共线，所述核心流道区内碱金属蒸气的流动方向与所述激光的方向相同或相向。2.如权利要求1所述的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，其中，所述循环流道结构还包括：热交换器，设置于所述第一流道上，用于控制所述第一流道内碱金属蒸气的温度；Y型管道，设置于所述第一流道和碱金属蒸发收集器之间，包括两个与所述第一流道相连通的第一端口，以及一个与所述碱金属蒸发收集器相连通的第二端口；挡板，设置于所述第一流道上且位于所述Y型管道的两个第一端口之间，能够在打开和关闭两个状态之间切换；其中，当所述挡板打开时，所述碱金属蒸气流经所述第一流道在所述循环流道内循环；当所述挡板关闭时，所述第一流道内的碱金属蒸气流经所述Y型管道后被冷凝回收至所述碱金属蒸发收集器。3.如权利要求1所述的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，其中，所述缓冲气体为氦气。4.如权利要求1所述的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光器，其中，所述循环流道结构的数量为至少一个，且对应于同一所述谐振腔进行并列设置。5.如权利要求4所述的激光二极管泵浦轴向碱金属蒸气激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭荣清，刘松阳，李志永，许文宁，田俊涛，白进周，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：