側(cè)面多端對(duì)稱泵浦堿金屬蒸氣激光mopa系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蒸氣激光MOPA系統(tǒng)，尤其是涉及一種側(cè)面多端對(duì)稱泵浦堿金屬蒸氣激光 MOPA (master oscillator power amplifier)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體激光泵浦堿金屬蒸氣激光DPALs (d1de-pumped alkali vopor lasers)是具有高光束質(zhì)量的高效高功率近紅外激光輸出的新型激光器件，這些近紅外激光在激光冷卻、定向能量傳輸、材料處理等方面有廣泛的應(yīng)用前景，近些年來引起了研宄人員的極大興趣和深入研宄，并取得了重大進(jìn)展。采用MOPA系統(tǒng)是提高堿金屬蒸氣激光功率的同時(shí)保證光束質(zhì)量、避免熱效應(yīng)的有效途徑，目前實(shí)驗(yàn)上在縱向泵浦和橫向單端泵浦堿金屬蒸氣激光MOPA系統(tǒng)方面已取得一系列進(jìn)展，而橫向多端對(duì)稱泵浦尚未有相關(guān)實(shí)驗(yàn)成果。為了獲得穩(wěn)定、高效、高功率和高質(zhì)量的堿金屬蒸氣激光輸出，除需要達(dá)到泵浦閾值功率和閾值溫度外，還需要滿足以下條件:一是要有波長(zhǎng)與堿金屬原子D2吸收線中心波長(zhǎng)吻合的泵浦光，將堿金屬原子從基態(tài)泵浦到吸收線上能級(jí)，并且需要泵浦源的輸出波長(zhǎng)無漂移無跳模；二是要有高質(zhì)量且穩(wěn)定輸出的種子光，以及滿足腔鏡同軸、腔模和泵浦光束較高模式匹配的諧振腔；三是要有提供激光放大的MOPA系統(tǒng)，種子光和泵浦光在放大池內(nèi)也要有較高的模式匹配；四是種子光蒸氣池和放大光蒸氣池要有適量的緩沖氣體和溫控系統(tǒng)，在防止堿金屬原子與緩沖氣體產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)，保證蒸氣池窗口溫度要比其中間溫度高以避免堿金屬蒸氣在窗口的沉積。這些條件的滿足是制約側(cè)面多端對(duì)稱泵浦堿金屬蒸氣激光MOPA系統(tǒng)出光及穩(wěn)定輸出的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決【背景技術(shù)】中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種側(cè)面多端對(duì)稱泵浦堿金屬蒸氣激光MOPA (master oscillator power amplifier)系統(tǒng)，功率可調(diào)、光束質(zhì)量高、熱效應(yīng)低，該系統(tǒng)使用窄線寬可調(diào)諧的泵浦光源，將泵浦光源種子激光的波長(zhǎng)精確調(diào)至銣原子的吸收中心波長(zhǎng)780.24nm，調(diào)波長(zhǎng)時(shí)盡量鎖定電流模塊，這樣便于泵浦光的穩(wěn)定輸出；在銣池內(nèi)充入600Torr的乙燒氣體，增加銣原子從泵浦上能級(jí)到激光上能級(jí)的弛豫速率；通過在凹面全反鏡與控溫箱間加入1/4波片，將凹面全反鏡與平面輸出耦合鏡精確調(diào)至同軸，構(gòu)成穩(wěn)定的平凹諧振腔；使用高精度溫控裝置，使銣蒸氣池窗口的溫度高于其中間5度，避免了銣蒸氣在窗口的沉積。對(duì)種子光和放大光蒸氣池分別采用溫控箱和帶溫控的透明石英管作為溫控系統(tǒng)，以滿足縱向和橫向兩種泵浦方式的需要。采用側(cè)面多端對(duì)稱泵浦結(jié)構(gòu)，以使泵浦光與種子光模式高度匹配，具體可使用兩端、四端、六端乃至八端泵浦，泵浦端數(shù)越高則泵浦光在放大池內(nèi)分布越均勻，模式匹配也越高。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
半導(dǎo)體激光器發(fā)出的種子激光經(jīng)第一隔離器后入射到第一平面全反鏡上，第一平面全反鏡的反射光經(jīng)第一半波片后由第一半透半反鏡分成透射光和反射光，第一半透半反鏡的透射光經(jīng)高透低反鏡再分成一束透射光和兩束反射光；
高透低反鏡的透射光經(jīng)全反鏡出射到第二半透半反鏡上再反射并通過銣蒸氣飽和吸收池的中心軸，選擇高透低反鏡其中任—束反射光通過銣蒸氣飽和吸收池中心軸出射，來自高透低反鏡的該束反射光經(jīng)銣蒸氣飽和吸收池后入射到光探測(cè)器；
第一半透半反鏡的反射光依次經(jīng)半導(dǎo)體激光放大器放大、第二隔離器、第二半波片、聚焦透鏡后入射到偏振分束鏡上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束鏡的透射光入射到溫控箱的銣蒸氣池中吸收并產(chǎn)生垂直偏振的銣蒸氣激光，未被吸收的泵浦光與產(chǎn)生的銣蒸氣激光經(jīng)凹面全反鏡反射出射后再經(jīng)銣蒸氣池回到偏振分束鏡分為一束透射光和一束反射光:偏振分束鏡的該束透射光為水平偏振的泵浦光，透過偏振分束鏡依次經(jīng)聚焦透鏡、第二半波片出射到第二隔離器處被隔離；偏振分束鏡的該束反射光為垂直偏振的銣蒸氣激光，經(jīng)平面輸出耦合鏡入射到平面全反鏡上發(fā)生反射，再經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后進(jìn)入透明石英管中的銣蒸氣放大池最終輸出放大光，銣蒸氣放大池的側(cè)面設(shè)有用于發(fā)出泵浦光的多個(gè)半導(dǎo)體激光陣列。
[0005]所述的平面輸出耦合鏡的反射率為22%，高透低反鏡的透射率為92%，反射率為
8% ο
[0006]所述的凹面全反鏡與平面輸出耦合鏡構(gòu)成“L”型平凹諧振腔，凹面全反鏡與偏振分束鏡之間的距離加上偏振分束鏡與平面輸出耦合鏡之間的距離小于凹面全反鏡的焦距50cmo
[0007]所述的半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出的泵浦光經(jīng)光束耦合系統(tǒng)進(jìn)入銣蒸氣放大池。
[0008]所述的透明石英管帶有溫控系統(tǒng)，透明石英管纏有溫控帶以使得銣蒸氣放大池溫度可控。
[0009]所述的所有半導(dǎo)體激光陣列發(fā)出泵浦光疊加后的光斑與擴(kuò)束后種子光的光斑模式高度匹配。
[0010]所述的半導(dǎo)體激光器輸出光為波長(zhǎng)可調(diào)諧、線寬小于IMHz的種子激光，吸收中心波長(zhǎng)為780.24nm，出射種子激光的偏振狀態(tài)為水平偏振。
[0011]所述的多個(gè)半導(dǎo)體激光陣列間隔均布對(duì)稱位于銣蒸氣放大池側(cè)周圍。
[0012]所述的第一平面全反鏡與第一半透半反鏡垂直，聚焦透鏡的焦距為15cm。
[0013]所述的銣蒸氣池置于溫控箱內(nèi)，所述銣蒸氣池內(nèi)充有600Torr的乙烷氣體；銣蒸氣池中心置于聚焦透鏡的焦點(diǎn)處。
[0014]本發(fā)明具有的有益效果是:
1、本發(fā)明使用窄線寬可調(diào)諧的泵浦光源，將其波長(zhǎng)調(diào)至銣蒸氣吸收線的中心波長(zhǎng)，并通過鎖頻技術(shù)將其鎖定，使銣蒸氣對(duì)泵浦光的單程吸收高達(dá)95%。
[0015]2、本發(fā)明在銣池內(nèi)充入600Torr的乙烷氣體，增加銣原子從泵浦上能級(jí)到激光上能級(jí)的弛豫速率，保障了銣蒸氣激光產(chǎn)生的條件。
[0016]3、本發(fā)明通過在凹面全反鏡與控溫箱間加入1/4波片，將凹面全反鏡與平面輸出耦合鏡精確調(diào)至同軸，構(gòu)成穩(wěn)定的平凹諧振腔。
[0017]4、本發(fā)明使用可控的溫度控制方法，使銣蒸氣池窗口的溫度高于其中間5度，避免了銣蒸氣在窗口的沉積，在保持最小功率損耗的同時(shí)延長(zhǎng)了銣池的使用壽命。
[0018]5、本發(fā)明采用帶溫控帶的透明石英管作為放大池的溫控系統(tǒng)，在保證側(cè)面多個(gè)LDAs產(chǎn)生的泵浦光能耦合進(jìn)入銣蒸氣放大池的同時(shí)保證放大池的溫度可控，側(cè)面多端對(duì)稱泵浦結(jié)構(gòu)使泵浦光在放大池內(nèi)更均勻地分布，使其與種子光能產(chǎn)生較高的模式匹配，保證了放大光的高質(zhì)量穩(wěn)定輸出。
【附圖說明】
[0019]附圖是本發(fā)明的光路圖。
[0020]圖中:1、半導(dǎo)體激光器，2、第一隔離器，3、第一平面全反鏡，4、第一半波片，5、第一半透半反鏡，6、半導(dǎo)體激光放大器，7、第二隔離器，8、第二半波片，9、高透低反鏡，10、第二平面全反鏡，11、銣蒸氣飽和吸收池，12、第二半透半反鏡，13、光探測(cè)器，14、聚焦透鏡，15、偏振分束鏡，16、溫控箱，17、銣蒸氣池，18、1/4波片，19、凹面全反鏡，20、平面輸出親合鏡，
21、第三平面全反鏡，22、半導(dǎo)體激光陣列，23、擴(kuò)束鏡，24、透明石英管，25、銣蒸氣放大池。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步說明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明具體光路結(jié)構(gòu)如下:半導(dǎo)體激光器I發(fā)出的種子激光經(jīng)第一隔離器2后入射到第一平面全反鏡3上，第一平面全反鏡3的反射光經(jīng)第一半波片4后由第一半透半反鏡5分成透射光和反射光，第一半透半反鏡5的透射光經(jīng)高透低反鏡9再分成一束透射光和兩束反射光，高透低反鏡9反射的兩束反射光分別由高透低反鏡9前、后鏡面產(chǎn)生。
[0023]如圖1所示，高透低反鏡9的透射光經(jīng)全反鏡10出射到第二半透半反鏡12上再反射并通過銣蒸氣飽和吸收池11的中心軸，選擇高透低反鏡9其中任--束反射光通過銣蒸氣飽和吸收池11中心軸出射，來自高透低反鏡9的該束反射光經(jīng)銣蒸氣飽和吸收池11后入射到光探測(cè)器13，通過鎖頻技術(shù)將半導(dǎo)體泵浦光中心波長(zhǎng)鎖定在堿金屬原子的吸收中心波長(zhǎng)，從而產(chǎn)生穩(wěn)定泵浦光。
[0024]如圖1所示，第一半透半反鏡5的反射光依次經(jīng)半導(dǎo)體激光放大器6放大、第二隔離器7、第二半波片8、聚焦透鏡14后入射到偏振分束鏡15上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束鏡15的