本发明专利技术公开了一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统。可调谐半导体激光功率放大系统包括半导体激光器及放大器、两个隔离器、两个平面全反镜、两个半波片、两个半透半反镜、高透低反镜、铷蒸气饱和吸收池与光探测器；种子光系统包括聚焦透镜、偏振分束镜、温控箱、铷蒸气池、凹面全反镜和平面输出耦合镜；侧面多端对称泵浦MOPA系统包括平面全反镜、半导体激光阵列、扩束镜、透明石英管和铷蒸气池。本发明专利技术提高了碱金属蒸气对泵浦光的单程吸收效率，具有稳定平凹谐振腔，保障种子光稳定输出；避免了蒸气沉积，延长了蒸气池使用寿命；以侧面多端对称光束耦合方式保证了泵浦光和扩束后种子光模式的高度匹配，获得高质量高效率的放大光。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种蒸气激光MOPA系统，尤其是涉及一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA（master oscillator power amplifier）系统。
技术介绍
半导体激光泵浦碱金属蒸气激光DPALs(diode-pumped alkali vopor lasers)是具有高光束质量的高效高功率近红外激光输出的新型激光器件，这些近红外激光在激光冷却、定向能量传输、材料处理等方面有广泛的应用前景，近些年来引起了研究人员的极大兴趣和深入研究，并取得了重大进展。采用MOPA系统是提高碱金属蒸气激光功率的同时保证光束质量、避免热效应的有效途径，目前实验上在纵向泵浦和横向单端泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统方面已取得一系列进展，而横向多端对称泵浦尚未有相关实验成果。为了获得稳定、高效、高功率和高质量的碱金属蒸气激光输出，除需要达到泵浦阈值功率和阈值温度外，还需要满足以下条件：一是要有波长与碱金属原子D2吸收线中心波长吻合的泵浦光，将碱金属原子从基态泵浦到吸收线上能级，并且需要泵浦源的输出波长无漂移无跳模； 二是要有高质量且稳定输出的种子光，以及满足腔镜同轴、腔模和泵浦光束较高模式匹配的谐振腔；三是要有提供激光放大的MOPA系统，种子光和泵浦光在放大池内也要有较高的模式匹配；四是种子光蒸气池和放大光蒸气池要有适量的缓冲气体和温控系统，在防止碱金属原子与缓冲气体产生化学反应的同时，保证蒸气池窗口温度要比其中间温度高以避免碱金属蒸气在窗口的沉积。这些条件的满足是制约侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统出光及稳定输出的技术难题。
技术实现思路
为解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA（master oscillator power amplifier）系统，功率可调、光束质量高、热效应低，该系统使用窄线宽可调谐的泵浦光源，将泵浦光源种子激光的波长精确调至铷原子的吸收中心波长780.24nm，调波长时尽量锁定电流模块，这样便于泵浦光的稳定输出；在铷池内充入600Torr的乙烷气体，增加铷原子从泵浦上能级到激光上能级的弛豫速率；通过在凹面全反镜与控温箱间加入1/4波片，将凹面全反镜与平面输出耦合镜精确调至同轴，构成稳定的平凹谐振腔；使用高精度温控装置，使铷蒸气池窗口的温度高于其中间5度，避免了铷蒸气在窗口的沉积。对种子光和放大光蒸气池分别采用温控箱和带温控的透明石英管作为温控系统，以满足纵向和横向两种泵浦方式的需要。采用侧面多端对称泵浦结构，以使泵浦光与种子光模式高度匹配，具体可使用两端、四端、六端乃至八端泵浦，泵浦端数越高则泵浦光在放大池内分布越均匀，模式匹配也越高。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：半导体激光器发出的种子激光经第一隔离器后入射到第一平面全反镜上，第一平面全反镜的反射光经第一半波片后由第一半透半反镜分成透射光和反射光，第一半透半反镜的透射光经高透低反镜再分成一束透射光和两束反射光；高透低反镜的透射光经全反镜出射到第二半透半反镜上再反射并通过铷蒸气饱和吸收池的中心轴，选择高透低反镜其中任一一束反射光通过铷蒸气饱和吸收池中心轴出射，来自高透低反镜的该束反射光经铷蒸气饱和吸收池后入射到光探测器；第一半透半反镜的反射光依次经半导体激光放大器放大、第二隔离器、第二半波片、聚焦透镜后入射到偏振分束镜上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束镜的透射光入射到温控箱的铷蒸气池中吸收并产生垂直偏振的铷蒸气激光，未被吸收的泵浦光与产生的铷蒸气激光经凹面全反镜反射出射后再经铷蒸气池回到偏振分束镜分为一束透射光和一束反射光：偏振分束镜的该束透射光为水平偏振的泵浦光，透过偏振分束镜依次经聚焦透镜、第二半波片出射到第二隔离器处被隔离；偏振分束镜的该束反射光为垂直偏振的铷蒸气激光，经平面输出耦合镜入射到平面全反镜上发生反射，再经扩束镜扩束后进入透明石英管中的铷蒸气放大池最终输出放大光，铷蒸气放大池的侧面设有用于发出泵浦光的多个半导体激光阵列。所述的平面输出耦合镜的反射率为22%，高透低反镜的透射率为92%，反射率为8%。所述的凹面全反镜与平面输出耦合镜构成“L”型平凹谐振腔，凹面全反镜与偏振分束镜之间的距离加上偏振分束镜与平面输出耦合镜之间的距离小于凹面全反镜的焦距50cm。所述的半导体激光阵列发出的泵浦光经光束耦合系统进入铷蒸气放大池。所述的透明石英管带有温控系统，透明石英管缠有温控带以使得铷蒸气放大池温度可控。所述的所有半导体激光阵列发出泵浦光叠加后的光斑与扩束后种子光的光斑模式高度匹配。所述的半导体激光器输出光为波长可调谐、线宽小于1MHz的种子激光，吸收中心波长为780.24nm，出射种子激光的偏振状态为水平偏振。所述的多个半导体激光阵列间隔均布对称位于铷蒸气放大池侧周围。所述的第一平面全反镜与第一半透半反镜垂直，聚焦透镜的焦距为15cm。所述的铷蒸气池置于温控箱内，所述铷蒸气池内充有600Torr的乙烷气体；铷蒸气池中心置于聚焦透镜的焦点处。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术使用窄线宽可调谐的泵浦光源，将其波长调至铷蒸气吸收线的中心波长，并通过锁频技术将其锁定，使铷蒸气对泵浦光的单程吸收高达95%。2、本专利技术在铷池内充入600Torr的乙烷气体，增加铷原子从泵浦上能级到激光上能级的弛豫速率，保障了铷蒸气激光产生的条件。3、本专利技术通过在凹面全反镜与控温箱间加入1/4波片，将凹面全反镜与平面输出耦合镜精确调至同轴，构成稳定的平凹谐振腔。4、本专利技术使用可控的温度控制方法，使铷蒸气池窗口的温度高于其中间5度，避免了铷蒸气在窗口的沉积，在保持最小功率损耗的同时延长了铷池的使用寿命。5、本专利技术采用带温控带的透明石英管作为放大池的温控系统，在保证侧面多个LDAs产生的泵浦光能耦合进入铷蒸气放大池的同时保证放大池的温度可控，侧面多端对称泵浦结构使泵浦光在放大池内更均匀地分布，使其与种子光能产生较高的模式匹配，保证了放大光的高质量稳定输出。附图说明附图是本专利技术的光路图。图中：1、半导体激光器，2、第一隔离器，3、第一平面全反镜，4、第一半波片，5、第一半透半反镜，6、半导体激光放大器，7、第二隔离器，8、第二半波片，9、高透低反镜，10、第二平面全反镜，11、铷蒸气饱和吸收池，12、第二半透半反镜，13、光探测器，14、聚焦透镜，15、偏振分束镜，16、温控箱，17、铷蒸气池，18、1/4波片，19、凹面全反镜，20、平面输出耦合镜，21、第三平面全反镜，22、半导体激光阵列，23、扩束镜，24、透明石英管，25、铷蒸气放大池。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施方式做进一步说明。如图1所示，本专利技术具体光路结构如下：半导体激光器1发出的种子激光经第一隔离器2后入射到第一平面全反镜3上，第一平面全反镜3的反射光经第一半波片4后由第一半透半反镜5分成透射光和反射光，第一半透半反镜5的透射光经高透低反镜9再分成一束透射光和两束本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：半导体激光器(1)发出的种子激光经第一隔离器(2)后入射到第一平面全反镜(3)上，第一平面全反镜(3)的反射光经第一半波片(4)后由第一半透半反镜(5)分成透射光和反射光，第一半透半反镜(5)的透射光经高透低反镜(9)再分成一束透射光和两束反射光；高透低反镜(9)的透射光经全反镜(10)出射到第二半透半反镜(12)上再反射并通过铷蒸气饱和吸收池(11)的中心轴，选择高透低反镜(9)其中任一一束反射光通过铷蒸气饱和吸收池(11)中心轴出射，来自高透低反镜(9)的该束反射光经铷蒸气饱和吸收池(11)后入射到光探测器(13)；第一半透半反镜(5)的反射光依次经半导体激光放大器(6)放大、第二隔离器(7)、第二半波片(8)、聚焦透镜(14)后入射到偏振分束镜(15)上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束镜(15)的透射光入射到温控箱(16)的铷蒸气池(17)中吸收并产生垂直偏振的铷蒸气激光，未被吸收的泵浦光与产生的铷蒸气激光经凹面全反镜(19)反射出射后再经铷蒸气池(17)回到偏振分束镜(15)分为一束透射光和一束反射光：偏振分束镜(15)的该束透射光为水平偏振的泵浦光，透过偏振分束镜(15)依次经聚焦透镜(14)、第二半波片(8)出射到第二隔离器(7)处被隔离；偏振分束镜(15)的该束反射光为垂直偏振的铷蒸气激光，经平面输出耦合镜(20)入射到平面全反镜(21)上发生反射，再经扩束镜(23)扩束后进入透明石英管(24)中的铷蒸气放大池(25)最终输出放大光，铷蒸气放大池(25)的侧面设有用于发出泵浦光的多个半导体激光阵列(22)。...
【技术特征摘要】
1. 一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：
半导体激光器(1)发出的种子激光经第一隔离器(2)后入射到第一平面全反镜(3)上，第一平面全反镜(3)的反射光经第一半波片(4)后由第一半透半反镜(5)分成透射光和反射光，第一半透半反镜(5)的透射光经高透低反镜(9)再分成一束透射光和两束反射光；
高透低反镜(9)的透射光经全反镜(10)出射到第二半透半反镜(12)上再反射并通过铷蒸气饱和吸收池(11)的中心轴，选择高透低反镜(9)其中任一一束反射光通过铷蒸气饱和吸收池(11)中心轴出射，来自高透低反镜(9)的该束反射光经铷蒸气饱和吸收池(11)后入射到光探测器(13)；
第一半透半反镜(5)的反射光依次经半导体激光放大器(6)放大、第二隔离器(7)、第二半波片(8)、聚焦透镜(14)后入射到偏振分束镜(15)上透射形成水平偏振的泵浦光，偏振分束镜(15)的透射光入射到温控箱(16)的铷蒸气池(17)中吸收并产生垂直偏振的铷蒸气激光，未被吸收的泵浦光与产生的铷蒸气激光经凹面全反镜(19)反射出射后再经铷蒸气池(17)回到偏振分束镜(15)分为一束透射光和一束反射光：
偏振分束镜(15)的该束透射光为水平偏振的泵浦光，透过偏振分束镜(15)依次经聚焦透镜(14)、第二半波片(8)出射到第二隔离器(7)处被隔离；偏振分束镜(15)的该束反射光为垂直偏振的铷蒸气激光，经平面输出耦合镜(20)入射到平面全反镜(21)上发生反射，再经扩束镜(23)扩束后进入透明石英管(24)中的铷蒸气放大池(25)最终输出放大光，铷蒸气放大池(25)的侧面设有用于发出泵浦光的多个半导体激光阵列(22)。
2. 根据权利要求1所述的一种侧面多端对称泵浦碱金属蒸气激光MOPA系统，其特征在于：所述的平面输出耦合镜(20)的反射率为22%，高透低反镜(9)的透射率为92%，反射率为8%。
3. 根据权利要求1所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈炳林，潘佰良，杨静，矫健，夏春生，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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