【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及全固态激光器技术，特别是一种集成化双波长高功率窄线宽激光器。
技术介绍
1、单频全固态激光器具有具有线宽窄、频率稳定性好、噪声低等优点，在激光遥感、引力波探测、超冷原子实验、相干通信等方面具有广泛的应用。有些应用场合需要对其频率进行主动闭环稳频，一般情况下需要将基频进行倍频，倍频光通过吸收池进行频率稳定，在实际应用系统中，光源部分由光纤耦合泵浦源、单频非平面环形激光器、光纤耦合的倍频等三种模块组成，每种模块都需要进行光纤耦合造成系统体积大、电光转化效率低、频率稳定性差等问题，如果高等级器件要求还需要对每个模块进行气密性封装，使系统成本大大增加。当前大多数模块内部激光晶体、透镜等光学件采用胶粘的方式，使其是在真空环境或具有宽工作温度范围下使用的可靠性降低。在现有技术中cn103296570a将非平面环形腔结构晶体与变频晶体键合，实现倍频光输出，只能输出单一波长的激光；专利cn105161975b实现了单频激光器的小型化，但没有将泵浦源和倍频晶体进行混合集成到一个壳体内，只是单一波长输出，无法实现双波长输出；cn112670815b采用连续种子注入至从动激光器实现单频脉冲激光输出，经过两级放大和倍频系统实现双波长；cn216850735u采用两个谐振腔形成双波长基频光，再通过两个标准具对其进行线宽压窄，实现窄线宽。现有技术未实现小型化、密封封装和集成化。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有引力波探测、激光遥感、超冷原子实验在实际应用过程中效率低、体积大、质
2、本专利技术的技术解决方案如下：
3、一种集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特点在于，包括气密封装在壳体内的泵浦芯片模块、基频光产生模块、倍频光产生模块和光纤耦合模块；
4、所述壳体四周采用无胶化焊接方式安装有第一光学窗口和第二光学窗口，所述壳体顶面面采用平行封焊或激光焊接方式安装有盖板，所述壳体侧面采用激光焊方式焊接所述光纤耦合模块，从而实现所述壳体内部的气密密封；
5、所述泵浦芯片模块、基频光产生模块和倍频光产生模块分别焊接在所述壳体内部上表面，由所述泵浦芯片模块产生的泵浦光，入射至所述基频光产生模块，形成基频光，一部分基频光经所述光纤耦合模块和第一光学窗口输出，另一部分基频光经所述倍频光产生模块形成倍频光经所述光纤耦合模块和第二光学窗口输出，从而实现基频光和倍频光双波长输出。
6、进一步，所述泵浦芯片模块包括泵浦芯片、快轴准直镜、布拉格光栅、慢轴准直镜、反射镜、合束镜；所述的泵浦源芯片采用单光源芯片、双光源芯片或多光源芯片，用于泵浦光的偏振或空间光合束，提高泵浦源功率，实现冷备份或热备份。
7、进一步，所述双光源芯片发出的二束泵浦光分别经快轴准直镜组件准直，布拉格光栅组件反馈对所述的泵浦芯片波长进行锁定，再经慢轴准直镜组件进行慢轴准直，其中一束泵浦光经反射镜反射，与另一路泵浦光经偏振合束组件合束后，依次经泵浦保护镜组件、耦合透镜组件入射至所述基频光产生模块。
8、进一步，所述双光源芯片发出的二束泵浦光分别经两路不同高度的快轴准直镜组件准直，布拉格光栅组件反馈对所述的泵浦芯片波长进行锁定，再经慢轴准直镜组件进行慢轴准直，其中一束泵浦光经反射镜反射，与另一路泵浦光经偏振合束组件合束后，依次经泵浦保护镜组件、耦合透镜组件合束聚焦后入射至所述基频光产生模块。
9、进一步，所述基频光产生模块包括非平面环形激光晶体、金属化压电陶瓷、半导体制冷器、热敏电阻、耦合透镜组件和激光晶体支撑板；所述金属化压电陶瓷、非平面环形激光晶体、激光晶体支撑板和半导体制冷器由上至下依次固定在所述壳体内部上表面，所述非平面环形激光晶体上、下表面采用金属焊接分别与金属化压电陶瓷和半导体制冷器连接；所述激光晶体支撑板上表面还固定有所述热敏电阻与耦合透镜组件。
10、进一步，所述非平面环形激光晶体，包括nd:yag激光晶体、调q键合晶体、掺饵激光玻璃。
11、进一步，泵浦光经所述非平面环形激光晶体形成基频光，依次经过四分之一波片、隔离器和分光镜组件分光后，一路基频光通过第一光学窗口，进入所述光纤耦合模块耦合输出，另一路基频光经聚焦镜组件耦合进所述倍频产生模块。
12、进一步，所述倍频光产生模块包括倍频激光晶体、耦合透镜、准直透镜、半导体制冷器、热敏电阻，从壳体内部底面，向上依次为半导体制冷器、倍频晶体支撑板和倍频激光晶体，所述倍频激光晶体支撑板的上表面还固定有热敏电阻、准直镜组件和聚焦镜组件。
13、进一步，所述倍频激光晶体，包括体块周期性极化铌酸锂ppln、波导周期性极化铌酸锂ppln、磷酸钛氧钾ktp、三硼酸锂lbo等，激光倍频晶体通过金属化和焊料与半导体制冷器焊接，实现无胶化固定。
14、进一步，所述基频光经倍频激光晶体5产生倍频光、经准直镜组件准直和高反镜组件反射，通过光学窗口，进入光纤耦合模块耦合输出。
15、集成化双波长高功率窄线宽激光器的装配工艺过程包括以下主要步骤：
16、①多个泵浦源芯片采用共晶焊接固定在壳体底板上，多个泵浦芯片大于等于1；
17、②非平面环形激光晶体下表面、相应的热敏电阻焊接到相应的半导体制冷器上表面，非平面环形激光晶体上表面通过金属焊接与压电陶瓷进行固定，半导体制冷器的下表面与管壳底部采用共晶焊进行固定；
18、③倍频激光晶体下表面、相应的热敏电阻焊接到半导体制冷器的上表面，半导体制冷器的下表面与管壳底部采用共晶焊进行固定；
19、④布拉格光栅、准直镜、聚焦镜、反射镜等光学元件底面金属化后与金属底座的上表面进行金属焊接，金属底座的下表面与壳体通过激光焊接进行固定；
20、⑤壳体包括光学窗口，光学窗口通过金属化后与壳体进行金属焊接或用低温玻璃焊料与壳体进行焊接，实现气密性；
21、⑥所述的光纤耦合与壳体之间通过激光焊接进行固定。
22、所述高集成度双波长高功率窄线宽激光器光路如下，所述的泵浦芯片经过快轴准直，布拉格光栅反馈，慢轴准直，反射镜，光纤合束，隔离器和聚焦透镜入射到所述的非平面环形激光晶体形成基频光(如1064nm波长)。基频激光经过四分之一波片、隔离器和分光镜后再经过密封光学窗口和聚焦透镜耦合进光纤输出，一路经分光镜的反射基频光，经过耦合透镜耦合进倍频激光晶体，输出倍频光(如532nm波长)，倍频光再经准直透镜、反射镜、光学窗口，实现空间光输出或在经耦合透镜耦合进光纤输出。集成模块可以实现基频光和倍频光双波长输出。
23、本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
24、1.采用多泵浦源和布拉格光栅反馈，实现高功率、高效率泵浦光输出和冷备份或热备份，提高模本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，包括气密封装在壳体内的泵浦芯片模块、基频光产生模块、倍频光产生模块和光纤耦合模块；
2.根据权利要求1所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述泵浦芯片模块包括泵浦芯片、快轴准直镜、布拉格光栅、慢轴准直镜、反射镜、合束镜；所述的泵浦源芯片采用单光源芯片、双光源芯片或多光源芯片，用于泵浦光的偏振或空间光合束，提高泵浦源功率，实现冷备份或热备份。
3.根据权利要求2所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述双光源芯片发出的二束泵浦光分别经快轴准直镜组件准直，布拉格光栅组件反馈对所述的泵浦芯片波长进行锁定，再经慢轴准直镜组件进行慢轴准直，其中一束泵浦光经反射镜反射，与另一路泵浦光经偏振合束组件合束后，依次经泵浦保护镜组件、耦合透镜组件入射至所述基频光产生模块。
4.根据权利要求2所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述双光源芯片发出的二束泵浦光分别经两路不同高度的快轴准直镜组件准直，布拉格光栅组件反馈对所述的泵浦芯片波长进行锁定，再经慢轴准直镜组件进行慢轴准直，
5.根据权利要求1所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于所述基频光产生模块包括非平面环形激光晶体、金属化压电陶瓷、半导体制冷器、热敏电阻、耦合透镜组件和激光晶体支撑板；所述金属化压电陶瓷、非平面环形激光晶体、激光晶体支撑板和半导体制冷器由上至下依次固定在所述壳体内部上表面，所述非平面环形激光晶体上、下表面采用金属焊接分别与金属化压电陶瓷和半导体制冷器连接；所述激光晶体支撑板上表面还固定有所述热敏电阻与耦合透镜组件。
6.根据权利要求5所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于所述非平面环形激光晶体，包括Nd:YAG激光晶体、调Q键合晶体、掺饵激光玻璃。
7.根据权利要求5或6所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，泵浦光经所述非平面环形激光晶体形成基频光，依次经过四分之一波片、隔离器和分光镜组件分光后，一路基频光通过第一光学窗口，进入所述光纤耦合模块耦合输出，另一路基频光经聚焦镜组件耦合进所述倍频产生模块。
8.根据权利要求1或7所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述倍频光产生模块包括倍频激光晶体、耦合透镜、准直透镜、半导体制冷器、热敏电阻，从壳体内部底面，向上依次为半导体制冷器、倍频晶体支撑板和倍频激光晶体，所述倍频激光晶体支撑板的上表面还固定有热敏电阻、准直镜组件和聚焦镜组件。
9.根据权利要求8所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述倍频激光晶体，包括体块周期性极化铌酸锂PPLN、波导周期性极化铌酸锂PPLN、磷酸钛氧钾KTP、三硼酸锂LBO等，激光倍频晶体通过金属化和焊料与半导体制冷器焊接，实现无胶化固定。
10.根据权利要求8或9所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述基频光经倍频激光晶体5产生倍频光、经准直镜组件准直和高反镜组件反射，通过光学窗口，进入光纤耦合模块耦合输出。
...【技术特征摘要】
1.一种集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，包括气密封装在壳体内的泵浦芯片模块、基频光产生模块、倍频光产生模块和光纤耦合模块；
2.根据权利要求1所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述泵浦芯片模块包括泵浦芯片、快轴准直镜、布拉格光栅、慢轴准直镜、反射镜、合束镜；所述的泵浦源芯片采用单光源芯片、双光源芯片或多光源芯片，用于泵浦光的偏振或空间光合束，提高泵浦源功率，实现冷备份或热备份。
3.根据权利要求2所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述双光源芯片发出的二束泵浦光分别经快轴准直镜组件准直，布拉格光栅组件反馈对所述的泵浦芯片波长进行锁定，再经慢轴准直镜组件进行慢轴准直，其中一束泵浦光经反射镜反射，与另一路泵浦光经偏振合束组件合束后，依次经泵浦保护镜组件、耦合透镜组件入射至所述基频光产生模块。
4.根据权利要求2所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于，所述双光源芯片发出的二束泵浦光分别经两路不同高度的快轴准直镜组件准直，布拉格光栅组件反馈对所述的泵浦芯片波长进行锁定，再经慢轴准直镜组件进行慢轴准直，其中一束泵浦光经反射镜反射，与另一路泵浦光经偏振合束组件合束后，依次经泵浦保护镜组件、耦合透镜组件合束聚焦后入射至所述基频光产生模块。
5.根据权利要求1所述的集成化双波长高功率窄线宽激光器，其特征在于所述基频光产生模块包括非平面环形激光晶体、金属化压电陶瓷、半导体制冷器、热敏电阻、耦合透镜组件和激光晶体支撑板；所述金属化压电陶瓷、非平面环形激光晶体、激光晶体支撑板和半导体制冷器由上...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈卫标，辛国锋，陈迪俊，孙广伟，冯盼，苗江云，胡晨雯，杨文慧，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：
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