種子注入單縱模雙脈沖激光器和控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及單縱模激光器，特別是一種種子注入單縱模雙脈沖激光器和控制方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自工業(yè)革命以來，溫室氣體含量的增加引發(fā)全球氣候變暖，已成為目前最重要的 環(huán)境問題之一。C02作為產(chǎn)生溫室效應(yīng)的最主要?dú)怏w，對其濃度進(jìn)行高精度測量對全球氣候 變化的研究非常必要。差分吸收激光雷達(dá)作為一種獲取C0 2垂直方向分布的主動(dòng)遙感探測 技術(shù)，具有探測范圍大、空間分辨率高、實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測和測量精度高等優(yōu)點(diǎn)。而單縱模雙脈 沖激光器作為差分吸收雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射源的栗浦源，單縱模雙脈沖激光器的單縱模性能、頻 率穩(wěn)定性能、器件穩(wěn)定可靠性能的優(yōu)化對差分吸收雷達(dá)探測C0 2能力的提升有重要意義。
[0003] 目前種子注入技術(shù)是獲得單縱模雙脈沖激光最普遍的技術(shù)手段。在種子注入腔長 控制技術(shù)中，通常采用壓電陶瓷改變腔長。然而壓電陶瓷的非線性效應(yīng)使得系統(tǒng)對腔長的 控制和反饋的精度受到了限制，進(jìn)而影響輸出激光的頻率穩(wěn)定性。壓電陶瓷粘在激光器腔 鏡上，其機(jī)械振動(dòng)會(huì)影響輸出激光的指向穩(wěn)定性。而且，高重頻工作的壓電陶瓷對驅(qū)動(dòng)要求 會(huì)增加，響應(yīng)會(huì)逐漸變差，使用壽命會(huì)減少，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性變差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種基于電光相位調(diào)制器的種 子注入單縱模雙脈沖脈沖激光器和控制方法。該激光器能保障100%單縱模輸出，具有頻率 穩(wěn)定性高、能量穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、壽命長、工作穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的基本思想是：
[0006] 在種子注入單縱模雙脈沖激光器的從動(dòng)腔中插入電光相位調(diào)制器。通過合理控制 栗浦源的驅(qū)動(dòng)脈沖寬度，在一個(gè)栗浦周期內(nèi)，電光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源給電光相位調(diào)制器 施加梯形電壓，電光晶體的折射率隨之線性變化，進(jìn)而改變光學(xué)腔長。利用延遲-掃描-觸發(fā) 的諧振探測方法，在梯形電壓掃描的上升沿和下降沿階段，光電二極管檢測到種子光經(jīng)過 從動(dòng)腔形成的兩套對稱的干涉信號(hào)的峰值后，分別給出調(diào)Q開關(guān)的觸發(fā)信號(hào)。兩個(gè)觸發(fā)信號(hào) 具有一定時(shí)序關(guān)系，用來兩次打開調(diào)Q開關(guān)，隨即輸出單縱模雙脈沖激光。同時(shí)在每對激光 脈沖輸出后，對梯形電壓的上升沿和下降沿起始時(shí)刻相對于栗浦脈沖起始時(shí)刻的延時(shí)量進(jìn) 行反饋控制，使每次調(diào)Q開關(guān)在栗浦脈沖中間和后沿的相同位置打開，進(jìn)而提高激光脈沖的 能量穩(wěn)定性。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0008] -種種子注入單縱模雙脈沖激光器，其結(jié)構(gòu)包括L型諧振腔、栗浦源、種子源、電路 控制系統(tǒng)四部分，其特點(diǎn)在于：
[0009] 所述的L型諧振腔包括后腔鏡和耦合輸出鏡，所述的L型諧振腔內(nèi)由所述的后腔鏡 沿光路至所述的耦合輸出鏡依次是調(diào)Q晶體、第一四分之一波片、對振蕩激光透射的布儒斯 特角起偏器、分光鏡、第二四分之一波片、增益介質(zhì)、第三四分之一波片和電光相位調(diào)制器， 所述的分光鏡與所述的光路成45°，該分光鏡對栗浦激光高透，對諧振腔的振蕩激光高反， 形成L型諧振腔；
[0010] 所述的栗浦源依次由激光二極管和栗浦耦合系統(tǒng)組成，所述的激光二極管輸出的 栗浦光經(jīng)過所述的栗浦耦合系統(tǒng)、分光鏡、第二四分之一波片對所述的增益介質(zhì)進(jìn)行栗浦；
[0011] 所述的種子源包括種子激光器，沿該種子激光器的激光輸出方向依次是隔離器、 耦合透鏡系統(tǒng)、半波片、第四四分之一波片，所述的種子激光器輸出的種子激光經(jīng)過所述的 后腔鏡進(jìn)入所述的L型諧振腔內(nèi)，所述的種子激光器輸出的種子激光的光路與所述的諧振 腔的振蕩光路一致；
[0012] 所述的電路控制系統(tǒng)由諧振探測電路、栗浦驅(qū)動(dòng)電源、電光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源、 光電二極管和調(diào)Q驅(qū)動(dòng)電源組成，所述的光電二極管設(shè)置在所述的布儒斯特角起偏器的反 射光方向，所述的諧振探測電路的輸入端與所述的光電二極管的輸出端相連，所述的諧振 探測電路的輸出端分別與所述的栗浦驅(qū)動(dòng)電源的輸入端、所述的電光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源 的輸入端，所述的調(diào)Q驅(qū)動(dòng)電源的輸入端相連，所述的栗浦驅(qū)動(dòng)電源的輸出端與所述的栗浦 源的輸入端相連，所述的電光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源的輸出端與所述的電光相位調(diào)制器的輸 入端相連，所述的調(diào)Q驅(qū)動(dòng)電源的輸出端與所述的調(diào)Q晶體的輸入端相連。
[0013] 所述的諧振探測電路為可編程門陣列電路，為實(shí)現(xiàn)種子注入諧振探測提供信號(hào)分 析處理和時(shí)序控制。
[0014] 上述種子注入單縱模雙脈沖激光器的控制方法，該方法包括下列步驟：
[0015] 1)所述的諧振探測電路在每一個(gè)周期的起始時(shí)刻給所述的栗浦驅(qū)動(dòng)電源發(fā)出觸 發(fā)信號(hào)，該栗浦驅(qū)動(dòng)電源檢測到觸發(fā)信號(hào)后給所述的栗浦源進(jìn)行栗浦；
[0016] 2)所述的諧振探測電路在經(jīng)過一定延時(shí)后給所述的電光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源發(fā) 出觸發(fā)信號(hào)，該電光相位調(diào)制器驅(qū)動(dòng)電源向所述的電光相位調(diào)制器施加梯形掃描電壓對腔 長進(jìn)行掃描；
[0017] 3)所述的諧振探測電路接收所述的光電二極管的電信號(hào)，在電壓掃描的上升沿和 下降沿階段，分別檢測到兩個(gè)干涉信號(hào)峰值時(shí)，向所述的調(diào)Q驅(qū)動(dòng)電源發(fā)出兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)， 該兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)具有一定時(shí)序關(guān)系，所述的調(diào)Q驅(qū)動(dòng)電源接收到有一定時(shí)序關(guān)系的兩個(gè)觸 發(fā)信號(hào)后，向所述的調(diào)Q晶體輸出電壓，用來兩次打開調(diào)Q開關(guān)，隨即輸出單縱模雙脈沖激 光；
[0018] 4)所述的諧振探測電路在每對單縱模雙脈沖激光輸出后，對梯形電壓上升沿和下 降沿的起始時(shí)刻相對于栗浦脈沖起始時(shí)刻的延時(shí)量進(jìn)行反饋控制，使每次調(diào)Q開關(guān)在栗浦 脈沖相同位置打開，進(jìn)而提高激光脈沖的能量穩(wěn)定性。
[0019] 所述的調(diào)Q晶體、第一四分之一波片、布儒斯特角起偏器構(gòu)成電光調(diào)Q開關(guān)。
[0020] 所述的分光鏡對808nm栗浦光高透并且對1064nm振蕩激光高反；
[0021]所述的第二四分之一波片和第三四分之一波片的快軸方向與水平反向呈45°，通 過扭轉(zhuǎn)模法消除駐波腔的空間燒孔效應(yīng)。
[0022] 所述的種子激光器輸出單縱模窄線寬連續(xù)激光。
[0023] 所述的隔離器防止從動(dòng)腔產(chǎn)生的激光損傷種子激光器。
[0024] 所述的親合透鏡系統(tǒng)對種子光束變換親合，使得種子激光在從動(dòng)腔內(nèi)與其振蕩光 束光斑大小匹配。
[0025]所述的半波片和第四四分之一波片可以產(chǎn)生滿足諧振探測要求的橢圓偏振光。 [0026]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0027] 1.采用L型諧振腔，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。
[0028] 2.采用延遲-掃描-觸發(fā)的諧振探測方案，保證100%單縱模輸出的基礎(chǔ)上提高了 激光器的能量穩(wěn)定性。
[0029] 3.采用電光相位調(diào)制器代替壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)種子注入，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高性能的腔長反 饋，保證激光器頻率穩(wěn)定性高、指向穩(wěn)定性高、抗干擾能力強(qiáng)、使用壽命長。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明激光器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ]圖2是本發(fā)明激光器的控制過程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
[0033] 先請參照圖1，圖1是本發(fā)明種子注入式單縱模雙脈沖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。由圖 可見，本發(fā)明種子注入式單縱模雙脈沖激光器包括L型諧振腔、栗浦源、種子源、電路控制系 統(tǒng)四部分：
[0034] 所述的L型諧振腔包括后腔鏡1-1和耦合輸出鏡1-10,所述的L型諧振腔內(nèi)由后腔 鏡1-1至親合輸出鏡1-10依次是調(diào)Q晶體1-2、第一四分之一波片1-3、對振蕩激光透射的布 儒斯特角起偏器1-4、分光鏡1-5、第二四分之一波片1-6、增益介質(zhì)1-7、第三四分之一波片 1- 8和電光相位調(diào)制器1-9。所述的分光鏡1-5與光路成45°設(shè)置，對栗浦激光高透，對諧振腔 的振蕩激光高反，形成L型諧振腔。
[0035] 所述的栗浦源依次由激光二極管2-1和栗浦耦合系統(tǒng)2-2組成。所述的激光二極管 2- 1輸出的栗浦光經(jīng)過栗浦親合系統(tǒng)2-2、分光鏡1-5、第二四分之一波片1-6對增益介質(zhì)1-7 進(jìn)行栗浦。
[0036] 所述的種子源包括種子激光器3-1，沿種子激光器3-1的激光輸出方向依次是隔離 器3-2、耦合透鏡系統(tǒng)3-3、半波片3-4、第四四分之一波片3-5。所述的種子激光器3-1輸出的 種子激光經(jīng)過所述的后腔鏡1-1進(jìn)入L型諧振腔內(nèi)，并且光路與諧振腔的振蕩光路一致。
[0037] 所述的電路控制系統(tǒng)由諧振探測電路4-1、栗浦驅(qū)動(dòng)電源4-2、電光相位調(diào)制器驅(qū) 動(dòng)電源4-3、光電二極管4-4、調(diào)Q驅(qū)動(dòng)電源4-5組成。所述的諧振