【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及半導(dǎo)體泵浦全固態(tài)激光器領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，尤其涉及一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器及方法。
技術(shù)介紹
1、在大氣遙感探測(cè)領(lǐng)域，差分吸收激光雷達(dá)技術(shù)(dial)是檢測(cè)二氧化氮?dú)怏w濃度和時(shí)空分布的重要手段。其原理是向大氣中發(fā)射不波長(zhǎng)不同的兩束激光，利用二氧化氮?dú)怏w成分對(duì)不同波長(zhǎng)激光的吸收差值，推算氣體的濃度和時(shí)空分布，具有空間分辨率高、探測(cè)靈敏度高、測(cè)量范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
2、在250-600nm的可見(jiàn)光波段內(nèi)，二氧化氮?dú)怏w對(duì)光的吸收截面較大，且具有多峰值吸收的特點(diǎn)，易形成雙波長(zhǎng)吸收差，且在這個(gè)范圍內(nèi)，其他氣體，如臭氧，二氧化硫等，對(duì)光的吸收作用非常微弱，對(duì)二氧化氮?dú)怏w濃度測(cè)量影響較小。
3、因此，在250-600nm內(nèi)建立雙波長(zhǎng)激光發(fā)射，尋找雙波長(zhǎng)同步振蕩激光器，是利用差分吸收激光雷達(dá)檢測(cè)二氧化氮濃度的關(guān)鍵任務(wù)。
4、對(duì)于此問(wèn)題，有以下兩種解決方案。
5、一類(lèi)方案是可見(jiàn)光雙波長(zhǎng)直接激發(fā)，利用nd:yag激光器泵浦染料激光器或兩臺(tái)光參量放大器，生成雙廣場(chǎng)激光激發(fā)，或者生成770nm和774nm雙波長(zhǎng)激光，再與nd:yag激光器基頻光進(jìn)行和頻，獲得448nm和446nm雙波長(zhǎng)激光輸出。但是這類(lèi)方法需要的染料激光器轉(zhuǎn)換效率低、需要頻繁更換燃料，且系統(tǒng)復(fù)雜。
6、另一類(lèi)方法是用ld端面泵浦的固體激光器，在近紅外波段生成雙波長(zhǎng)激光發(fā)射，再通過(guò)簡(jiǎn)單的倍頻方式將頻率轉(zhuǎn)換到可見(jiàn)光波段，這類(lèi)方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的諧振腔，但是需要找到合適的增益介質(zhì)，需要在近紅外波段具有
7、綜上所述，250-600nm內(nèi)建立雙波長(zhǎng)激光發(fā)射的研究仍然不充分，有待改進(jìn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的另一目的在于提供一種獲得529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出的方法。
3、本專(zhuān)利技術(shù)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
4、一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，包括：半導(dǎo)體泵浦激光器(1)、光學(xué)聚焦系統(tǒng)(3)、諧振腔、雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)、倍頻器件(6)；
5、其中，雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)設(shè)置在所述諧振腔內(nèi)；
6、其中，按照光路的前進(jìn)方向：半導(dǎo)體泵浦激光器(1)、光學(xué)聚焦系統(tǒng)(3)、諧振腔以及雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)、倍頻器件(6)依次設(shè)置；
7、其中，所述雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)為沿z軸光學(xué)主軸方向切割的摻釹硅酸鈣鉈鎵晶體。
8、進(jìn)一步，所述硅酸鈣鉈鎵晶體屬于三方晶系、32點(diǎn)群、各向異性晶體，釹離子摻雜濃度為0.5at.％。
9、進(jìn)一步，所述諧振腔包括：諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)、諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)；雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)設(shè)置在所述諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)與所述諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)之間。
10、進(jìn)一步，雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)的兩個(gè)通光端面表面鍍膜形成諧振腔。
11、進(jìn)一步，諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)為鍍介質(zhì)膜的平面鏡，鍍膜情況為：對(duì)抽運(yùn)光波長(zhǎng)808nm具有高透過(guò)率，透過(guò)率大于99％，對(duì)基頻波長(zhǎng)1058nm和1066nm具有高反射率，反射率大于99％，對(duì)倍頻光波長(zhǎng)529nm和533nm具有高反射率，反射率大于99％；
12、諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)為鍍介質(zhì)膜的平面鏡，鍍膜情況為：對(duì)抽運(yùn)光波長(zhǎng)808nm具有高透過(guò)率，透過(guò)率大于99％，對(duì)基頻波長(zhǎng)1058nm和1066nm具有高反射率，反射率大于99％，對(duì)倍頻光波長(zhǎng)529nm和533nm高透過(guò)，透過(guò)率大于99％。
13、進(jìn)一步，倍頻器件(7)為具有一類(lèi)相位匹配的非線性光學(xué)晶體。
14、進(jìn)一步，所述非線性晶體是本征晶體，其為磷酸鈦氧鉀(ktp)或磷酸二氫鉀(kdp)或偏硼酸鋇(bbo)或三硼酸鋰(lbo)中的任意一種，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)1058nm和1066nm的一類(lèi)相位匹配。
15、本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是：
16、(1)本專(zhuān)利技術(shù)的第一個(gè)專(zhuān)利技術(shù)點(diǎn)在于：提出了一種具有高相干性的用于太赫茲波產(chǎn)生源的半導(dǎo)體端面泵浦529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器。其工作為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)模式，其選取釹離子摻雜的硅酸鈣鉈鎵晶體作為增益介質(zhì)，通過(guò)選取z軸光學(xué)主軸作為切割軸，調(diào)控基頻1058nm和1065nm波長(zhǎng)光的受激發(fā)射截面，并控制其在諧振腔內(nèi)的振蕩競(jìng)爭(zhēng)，形成兩個(gè)不同波長(zhǎng)的縱模在激光諧振腔內(nèi)同時(shí)振蕩并激射，產(chǎn)生基頻雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出，再采用一個(gè)一類(lèi)相位匹配的倍頻器件(一般是具有非線性效應(yīng)的光學(xué)晶體)，在腔內(nèi)或者腔外對(duì)基頻雙波長(zhǎng)進(jìn)行倍頻，形成二次諧波振蕩，最終獲得529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出。
17、(2)本專(zhuān)利技術(shù)的第二個(gè)專(zhuān)利技術(shù)點(diǎn)在于：采用半導(dǎo)體端面泵浦摻釹硅酸鈣鉈鎵晶體，釹離子摻雜濃度為0.5at.％，硅酸鈣鉈鎵晶體(ctgs)屬于三方晶系，32點(diǎn)群，是各向異性晶體，1微米波段的受激輻射截面強(qiáng)度隨切割方向變化，且1058nm和1065nm兩個(gè)波長(zhǎng)組分在不同方向上的強(qiáng)度分布是不同的。選取光學(xué)主軸z軸方向切割[001]，z軸與晶體學(xué)主軸c軸重合，該方向同時(shí)滿足兩個(gè)條件：1微米波段的受激發(fā)射截面最大，1058nm和1065nm兩個(gè)波長(zhǎng)的受激發(fā)射截面同時(shí)存在且強(qiáng)度相當(dāng)。通過(guò)調(diào)控基頻雙波長(zhǎng)的發(fā)射截面競(jìng)爭(zhēng)，產(chǎn)生同步振蕩的基頻雙波長(zhǎng)相干光輸出。然后通過(guò)倍頻晶體產(chǎn)生二次諧波，獲得可見(jiàn)光波段的529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出。輸出的雙波長(zhǎng)功率比值取決于泵浦光的輸入功率。同時(shí)有效的提高泵浦光能量的利用率，通過(guò)諧振腔的合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)良好的腔模匹配，從而獲得高光束質(zhì)量的激光輸出。
18、(3)本專(zhuān)利技術(shù)的第三個(gè)專(zhuān)利技術(shù)點(diǎn)在于：采用調(diào)控泵浦激光功率的方法，調(diào)控輸出的基頻光譜中1058nm和1065nm兩個(gè)波長(zhǎng)組分的強(qiáng)度占比，1065nm波長(zhǎng)組分的泵浦功率閾值為0.5w,1058nm波長(zhǎng)組分的泵浦功率閾值為4.2w(此處需要說(shuō)明的是：半導(dǎo)體泵浦激光器的數(shù)量是1個(gè)，在高泵浦時(shí)，一束光內(nèi)同時(shí)有兩個(gè)波長(zhǎng)成分)，進(jìn)而調(diào)控529nm和533nm雙波長(zhǎng)激光組分強(qiáng)度比。
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1.一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，包括：半導(dǎo)體泵浦激光器(1)、光學(xué)聚焦系統(tǒng)(3)、諧振腔、雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)、倍頻器件(6)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，所述硅酸鈣鉈鎵晶體屬于三方晶系、32點(diǎn)群、各向異性晶體，釹離子摻雜濃度為0.5at.％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，所述諧振腔包括：諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)、諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)；雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)設(shè)置在所述諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)與所述諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)的兩個(gè)通光端面表面鍍膜形成諧振腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)為鍍介質(zhì)膜的平面鏡，鍍膜情況為：對(duì)抽運(yùn)光波長(zhǎng)808nm具有高透過(guò)率，透過(guò)率大于99％，對(duì)基頻波長(zhǎng)1058nm
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任意所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，倍頻器件(7)為具有一類(lèi)相位匹配的非線性光學(xué)晶體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，所述非線性晶體是本征晶體，其為磷酸鈦氧鉀(KTP)或磷酸二氫鉀(KDP)或偏硼酸鋇(BBO)或三硼酸鋰(LBO)中的任意一種，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)1058nm和1066nm的一類(lèi)相位匹配。
8.一種獲得529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出的方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求1所述的529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器來(lái)輸出529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光；
9.一種獲得529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出的方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求3所述的529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器來(lái)輸出529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光；
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種獲得529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光輸出的方法，其特征在于：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，包括：半導(dǎo)體泵浦激光器(1)、光學(xué)聚焦系統(tǒng)(3)、諧振腔、雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)、倍頻器件(6)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，所述硅酸鈣鉈鎵晶體屬于三方晶系、32點(diǎn)群、各向異性晶體，釹離子摻雜濃度為0.5at.％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，所述諧振腔包括：諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)、諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)；雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)設(shè)置在所述諧振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)與所述諧振腔輸出端面鍍膜鏡片(6)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，雙波長(zhǎng)激光增益介質(zhì)(5)的兩個(gè)通光端面表面鍍膜形成諧振腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種529nm和533nm雙波長(zhǎng)連續(xù)激光器，其特征在于，振腔輸入端面鍍膜鏡片(4)為鍍介質(zhì)膜的平面鏡，鍍膜情況為：對(duì)抽運(yùn)光波長(zhǎng)808nm具有高透過(guò)率，透過(guò)率大于99％，對(duì)基頻波長(zhǎng)1058nm和1066nm具有...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周瑩，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京航空航天大學(xué)杭州創(chuàng)新研究院，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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