一种钠导星激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种钠导星激光器，包括：1092nm光纤激光泵浦源、第一空间光隔离器、倍频模块、第二空间光隔离器、金刚石拉曼谐振模块、输出激光调制模块和温控模块；所述1092nm光纤激光泵浦源经第一空间光隔离器后，注入倍频模块获得546nm激光；通过第二空间光隔离器后注入金刚石拉曼谐振腔模块，实现单频线偏振589nm激光输出，再经过输出激光调制模块后，将线偏振589nm激光变为圆偏振，并对单频589nm激光光谱线宽进行展宽，实现匹配钠原子吸收谱线宽的589nm激光输出；温控模块用于调节和稳定金刚石晶体和倍频晶体的工作温度。本发明专利技术针对现有腔内倍频金刚石拉曼钠导星激光器技术上的不足，提出了一种新型技术路线，能够实现589nm的高功率、高转换效率以及高光束质量的窄线宽、圆偏振激光输出。圆偏振激光输出。圆偏振激光输出。

【技术实现步骤摘要】
一种钠导星激光器


[0001]本专利技术涉及拉曼激光器领域，尤其涉及一种钠导星激光器。

技术介绍

[0002]在利用地基光学望远镜进行深空探测时，大气湍流所导致的光波波前畸变是限制望远镜分辨率的主要因素。得益于在地球中间层处的天然钠原子层，其可以与地面发射的589nm激光共振产生后向散射荧光，称之为钠导星。望远镜的自适应光学系统可依靠钠导星进行实时成像波前校正，进而实现地基光学望远镜的近衍射极限观测。此外，589nm激光的钠导星自适应光学技术在空间碎片跟踪、星
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地激光通信、中间层磁力计、钠层激光雷达等方面也有十分重要的应用。
[0003]目前，钠导星激光器的技术路线主要有染料激光器、固体和频激光器和拉曼光纤激光器三种。其中，固体和频激光器和拉曼光纤激光器占据了钠导星激光器的主导地位。中国专利技术专利申请CN201810059700.6，公开了一种固体和频钠导星放大自发辐射光源及和频光输出方法，该方法利用其一为放大自发辐射光源的1064nm和1319nm作为基频光源，其和频光589nm具有无弛豫振荡、低相干性的稳定输出，然而，固体和频方案的钠导星激光器其一般结构相对复杂、转化效率较低，且输出光束质量较差。
[0004]近年来，随着金刚石合成技术的愈发成熟，且得益于金刚石在光学和热学上的优越特性，基于金刚石拉曼激光技术的钠导星激光器已经得到了十分广泛的关注。典型的589nm金刚石钠导星激光器通常采用1018nm窄线宽泵浦源结合腔内倍频的金刚石拉曼激光器的方式(X.Yang,O.Kitzler et al.,”Diamond sodium guide star laser.,”Opt.Lett.45,1898
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1901(2020)；杨学宗,程鑫.一种微秒脉冲钠导星激光器系统,202211026536.1 2022.08.25CN)，实现脉冲或连续运转的高功率589nm激光输出。但高功率1018nm的掺镱光纤放大器极易在1030nm处产生放大自发辐射(ASE)，严重限制1018nm掺镱光纤激光器的功率提升，进而影响钠导星激光器输出功率的提升。金刚石拉曼腔内倍频方案，一方面腔内插入损耗较大，激光阈值较高，影响激光转化效率；另一方面谐振腔镀膜需要同时考虑泵浦光、拉曼光、倍频光三个波长，因此设计复杂，成本较高。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种钠导星激光器，本专利技术针对现有腔内倍频金刚石拉曼钠导星激光器技术上的不足，提出了一种新型技术路线，能够实现单频589nm的高功率、高转换效率以及高光束质量的单频激光输出，详见下文描述：
[0006]一种钠导星激光器，所述激光器包括：
[0007]所述1092nm光纤激光泵浦源经第一空间光隔离器后，注入倍频模块获得546nm激光；通过第二空间光隔离器后注入金刚石拉曼谐振腔模块，实现单频线偏振589nm激光输出，再经过输出激光调制模块后，将线偏振589nm激光变为圆偏振，并对单频589nm激光光谱线宽进行展宽，实现匹配钠原子吸收谱线宽的589nm激光输出；温控模块用于调节和稳定金
刚石晶体和倍频晶体的工作温度。
[0008]进一步地，所述1092nm光纤激光泵浦源包括：
[0009]第一1092nm连续波窄线宽种子源为低功率窄线宽激光器，光谱宽度小于45GHz；第一光纤隔离器用于隔离后向回光；第一掺镱光纤激光放大器、第二掺镱光纤激光放大器和第三掺镱光纤激光放大器分别由第一驱动电源、第二驱动电源和第三驱动电源对其激光二极管进行供电；第一驱动电源、第二驱动电源和第三驱动电源由时序控制单元控制供电时序，进行连续或微秒脉冲形式的同步供电；实现连续或微秒脉冲形式的、光谱线宽小于45GHz的1092nm泵浦光输出。
[0010]进一步地，所述1092nm光纤激光泵浦源包括：
[0011]第二1092nm连续波窄线宽种子源为低功率窄线宽激光器，光谱宽度小于45GHz；第二光纤隔离器用于隔离后向回光；高功率1042nm微秒脉冲或连续运转的掺镱光纤激光器作为1092nm种子激光的拉曼泵浦源，与1092nm种子激光共同通过第一光纤波分复用器进入拉曼光纤，在拉曼光纤中通过1042nm激光在光纤中的一阶受激拉曼散射效应放大1092nm激光；再通过第二光纤波分复用器，将放大后的1092nm激光和剩余的未转化的1042nm激光分开。
[0012]优选地，所述倍频模块为单通倍频或谐振倍频，
[0013]所述单通倍频的倍频模块包括：第一聚焦镜将1092nm泵浦光聚焦在倍频晶体的中心位置，利用倍频晶体产生546nm的倍频光后，使用分色镜分离未完全转换的泵浦光和产生的倍频光，最后经第一准直透镜对输出光做准直处理；
[0014]所述谐振倍频的倍频模块包括：第一反射镜、第二反射镜、第三反射镜和第四反射镜组成倍频谐振腔，由第一反射镜注入的1092nm泵浦光在腔内谐振，第二倍频晶体放置在第三反射镜和第四反射镜的中心位置用于产生546nm的倍频光后经由第四反射镜输出。
[0015]优选地，所述金刚石晶体拉曼谐振模块为线性谐振腔结构或V型谐振腔结构；
[0016]所述线性谐振腔结构包括：经所述倍频模块产生的546nm激光经第一输入镜注入金刚石拉曼谐振腔，依次经第一金刚石晶体和倍频晶体后在由第一输入镜和第一输出镜组成的谐振腔内振荡并由第一输出镜输出589nm激光；利用金刚石晶体受激拉曼散射过程的无空间烧孔效应和腔内倍频的纵模模式竞争效应，输出的589nm激光为单纵模运转；
[0017]所述V型谐振腔结构包括：经所述倍频模块产生的546nm激光经第二输入镜注入由第二输入镜、反射镜和第二输出镜构成的金刚石拉曼谐振腔中，谐振腔的激光振荡波长设置在589nm由第二输出镜输出589nm激光；第二金刚石晶体设置在第二输入镜和第二输出镜之间的束腰位置，第四倍频晶体设置在第二输入镜和反射镜之间的束腰位置，利用金刚石晶体受激拉曼散射过程的无空间烧孔效应和腔内倍频的纵模模式竞争效应，输出的589nm激光为单纵模运转。
[0018]具体实施时，所述金刚石晶体拉曼谐振模块还包括：光束整形系统、二分之一波片和聚焦透镜。
[0019]具体实施时，所述输出光调制模块包括：589nm激光经第二准直镜准直后，通过四分之一波片将589nm线偏振激光调制成圆偏振；通过空间光相位调制器实现对输出589nm激光的线宽调节，实现匹配钠原子吸收谱线所需的激光线宽。
[0020]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0021]1、本专利技术提供了一种高功率、高光束质量、连续或者微秒脉冲运转的窄线宽589nm钠导星激光器系统，其光谱线宽可自由调节；该激光器可弥补1018nm泵浦的腔内倍频金刚石拉曼钠导星转化效率低、腔镜设计复杂的缺点，满足高功率窄线宽钠导星激光器在自适应光学、星
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地激光通信以及钠层激光雷达等领域的应用需求；
[0022]2、本专利技术提出了一种基于1092nm光纤激光泵浦技术、倍频技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钠导星激光器，其特征在于，所述激光器包括：1092nm光纤激光泵浦源、第一空间光隔离器、倍频模块、第二空间光隔离器、金刚石拉曼谐振模块、输出激光调制模块和温控模块；所述1092nm光纤激光泵浦源经第一空间光隔离器后，注入倍频模块获得546nm激光；通过第二空间光隔离器后注入金刚石拉曼谐振腔模块，实现单频589nm激光输出，再经过输出激光调制模块后，将线偏振589nm激光变为圆偏振，并对单频589nm激光光谱线宽进行展宽，实现匹配钠原子吸收谱线宽的589nm激光输出；温控模块用于调节和稳定金刚石晶体和倍频晶体的工作温度。2.根据权利要求1所述的一种钠导星激光器，其特征在于，所述1092nm光纤激光泵浦源包括：第一1092nm连续波窄线宽种子源为低功率窄线宽激光器，光谱宽度小于45GHz；第一光纤隔离器用于隔离后向回光；第一掺镱光纤激光放大器、第二掺镱光纤激光放大器和第三掺镱光纤激光放大器分别由第一驱动电源、第二驱动电源和第三驱动电源对其激光二极管进行供电；第一驱动电源、第二驱动电源和第三驱动电源由时序控制单元控制供电时序，进行连续或微秒脉冲形式的同步供电；实现连续或微秒脉冲形式的、光谱线宽小于45GHz的1092nm泵浦光输出。3.根据权利要求1所述的一种钠导星激光器，其特征在于，所述1092nm光纤激光泵浦源包括：第二1092nm连续波窄线宽种子源为低功率窄线宽激光器，光谱宽度小于45GHz；第二光纤隔离器用于隔离后向回光；高功率1042nm微秒脉冲或连续运转的掺镱光纤激光器作为1092nm种子激光的拉曼泵浦源，与1092nm种子激光共同通过第一光纤波分复用器进入拉曼光纤，在拉曼光纤中通过1042nm激光在光纤中的一阶受激拉曼散射效应放大1092nm激光；再通过第二光纤波分复用器，将放大后的1092nm激光和剩余的未转化的1042nm激光分开。4.根据权利要求1所述的一种钠导星激光器，其特征在于，所述倍频模块可为单通倍频或谐振倍频，所述单通倍频的倍频模块包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨学宗，刘雨萱，孙玉祥，李牧野，冯衍，
申请(专利权)人：国科大杭州高等研究院，
类型：发明
国别省市：