技术领域
[0001] 本
发明涉及激光器领域，尤其涉及一种光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器。
背景技术
[0002] 钠信标黄光，又称钠导星黄光，即
波长589.159nm，对应钠离子D2跃迁的窄线宽黄光
光源，在自适应光学领域有着无可替代的重要用途。目前钠信标黄光主要依赖Nd:YAG激光器的1064nm和1319nm激光和频、以及1120nm光纤激光泵浦光纤拉曼激光器倍频这两种方法，均涉及多级放大和增益控制等因素，系统繁复，技术
门槛很高。
[0003] 多数晶体的拉曼频移主峰都在800-1000cm-1范围内，可将最为成熟的1.06μm激光高效频移至1.18μm，并进而倍频至钠信标波长589nm附近，因此基于晶体介质受激
拉曼散射(SRS)频移的固体拉曼激光器长期以来被视为钠信标黄光潜在的技术途径。然而，基于该方法的589.159nm单纵模光源始终未见报道，其原因主要在于以下两方面：
[0004] 1、晶体的拉曼谱线是由多条分立的频移构成，每条谱线的线宽都很窄，在几个
波数的量级，因而难以进行连续调谐，为使激光输出精确对准所需波长，往往被迫采用特定的激光增益介质和拉曼增益介质的组合，如Nd:GGG晶体的1062nm基频光结合BaWO4晶体的925cm-1拉曼频移[1]或Nd:YVO4晶体的1064nm基频光结合CaWO4晶体的910cm-1拉曼频移[2]等，由于特定晶体组合的限制，不仅晶体的可获得性、成熟度和
质量难以保证，激光实现过程中偏振性、增益、热性能等特性也难以进行优化，限制了拉曼黄光的性能。
[0005] 2、钠离子D2跃迁的吸
收线宽为～2GHz，因此需单纵模黄光才能匹配吸收线宽，但拉曼激光器中SRS过程会导致线宽展宽，使得激光器难以获得窄线宽激光输出，为实现单纵模拉曼激光器，需采用高峰值的脉冲基频光对单频
种子光进行多级放大[3]或使用多片内腔标准具选频[1]损耗大、效率低、成本高，难以实用。
[0006] 参考文献
[0007] [1]一种单频固体拉曼激光器，公开号CN105552709A，公开日2016.05.04.[0008] [2]C.H.Li and Y.C.Huang,Pulsed Intracavity Frequency-doubled CaWO4 Raman Laser for Narrow-line Sodium-yellow Radiation,CLEO,JTuD112(2010).[0009] [3]一种基于晶体拉曼放大技术的脉冲式高
能量单频589nm激光器，公开号CN107565361A，公开日2018.01.09.
发明内容
[0010] 本发明提供了一种光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器，本发明利用掺杂光纤
玻璃态基质的宽增益
光谱特性，结合晶体拉曼介质的SRS频移实现窄线宽的589.159nm单纵模钠信标激光器，克服现有固体拉曼黄光光源的波长难以调谐，线宽不易压缩，因而无法精确匹配钠信标D2跃迁的能级和吸收带宽的问题，详见下文描述：
[0011] 光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器，所述钠信标黄光激光器包括：光纤基频激光光源、拉曼晶体、斯托克斯光
谐振腔镜、倍频晶体、聚焦透镜。
[0012] 其中，所述拉曼晶体
镀有对基频激光和斯托克斯光增透膜系，所述倍频晶体镀有斯托克斯光和黄光增透膜，所述斯托克斯光谐振腔镜对基频光增透、对斯托克斯光高反，两片或多片斯托克斯光谐振腔镜构成斯托克斯光谐振腔。
[0013] 所述光纤基频激光光源采用掺镱(Yb)或掺钕(Nd)有源光纤，由于光纤玻璃态基质的特性，有源光纤在1.06μm发射峰附近的较宽范围内均能提供较高增益，因此可通过选频措施调谐基频激光的输出波长；基频激光入射所述拉曼晶体，产生拉曼增益，拉曼增益随基频激光功率上升而增长，当增益大于损耗后，在所述斯托克斯光谐振腔的反馈作用下发生受激拉曼散射(SRS)形成斯托克斯光振荡；根据所述拉曼晶体的种类(拉曼频移)选择基频光波长，使之经拉曼频移后得到的斯托克斯光波长为1178.318nm；通过种子源线宽控制(如光纤基频激光光源为主振-放大结构)或光纤光栅带宽控制(如光纤基频激光光源为单一
振荡器结构)使基频光线宽小于拉曼频移的谱线宽度(无需单纵模，只需其线宽小于拉曼谱线宽度即可)，由于SRS增益的无烧孔特性，可得到单纵模的斯托克斯光；1178.318nm斯托克斯光经过所述倍频晶体倍频得到所需589.159nm钠信标黄光输出。
[0014] 所述光纤基频激光光源可以采用主振-放大结构，通过改变种子源波长实现输出波长调谐，也可采用单一振荡器结构，通过光栅或其他色散元件实现波长调谐。
[0015] 所述拉曼晶体可以是：BaWO4(钨酸钡)、vanadate(
钒酸盐)等常用拉曼晶体。
[0016] 所述倍频晶体可以是：LBO(三
硼酸锂)、BBO(偏硼酸钡)、PPLN(周期极化铌酸锂)等该波段的常用非线性晶体。
[0017] 所述可调谐光纤基频激光光源可以是：连续波、调制、调Q脉冲等方式运转。
[0018] 本发明提供的技术方案的有益效果是：
[0019] 1)本发明利用掺Yb或掺Nd光纤在1.06μm增益谱较宽的特性，通过基频光波长调谐实现倍频拉曼黄光波长和钠信标波长589.159nm的精确匹配，克服现有固体拉曼激光器输出波长难以调谐匹配所需波长的
缺陷；
[0020] 2)本发明利用SRS增益的无烧孔特性，获得单纵模的斯托克斯光，从而压窄黄光谱宽，实现和钠信标吸收带宽的匹配；
[0021] 3)本发明与现有钠信标黄光技术相比，避免了对于基频激光的单纵模要求，因此结构简单、成本经济；
[0022] 4)本发明的SRS
频率变换过程为空间光路，可采用内腔倍频方式，转换效率高。
附图说明
[0023] 图1为本发明提供的光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器的结构示意图；
[0024] 图2为本发明提供的光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器的另一结构示意图。
[0025] 附图1中，各标号所代表的部件列表如下：
[0026] 1-1：基频激光种子源； 1-2：光纤放大级；
[0027] 2：拉曼晶体BaWO4； 3-1：第一斯托克斯腔镜；
[0028] 3-2：第二斯托克斯腔镜； 4：倍频晶体LBO；
[0029] 5：聚焦透镜。
[0030] 附图2中，各标号所代表的部件列表如下：
[0031] 1：基频激光器；
[0032] 2：拉曼晶体YVO4； 3-1：第一斯托克斯腔镜；
[0033] 3-2：第二斯托克斯腔镜； 4：倍频晶体PPLN；
[0034] 5-1：第一聚焦透镜； 5-2：第二聚焦透镜。
具体实施方式
[0035] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0037] 本发明实施例提供了一种光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器，该激光器包括：基频激光种子源1-1、光纤放大级1-2、拉曼晶体BaWO4 2、第一斯托克斯腔镜3-1、第二斯托克斯腔镜3-2、倍频晶体LBO 4、以及聚焦透镜5；
[0038] 其中，基频激光种子源1-1为单模光纤耦合的
半导体激光器，波长在1060-1070nm范围内可调谐，光谱线宽<0.1nm；光纤放大级1-2采用掺Yb光纤为有源光纤，基频激光种子源1-1和光纤放大级1-2构成基频激光光源(即基频激光器1)；第一斯托克斯腔镜3-1均镀有基频激光增透、斯托克斯光高反、以及589nm黄光高反膜系；第二斯托克斯腔镜3-2镀有斯托克斯光高反、589nm黄光增透膜系，第一斯托克斯腔镜3-1和第二斯托克斯腔镜3-2的
曲率半径均为100mm，二者构成谐振腔长度190mm。两片或多片斯托克斯光谐振腔镜构成斯托克斯光谐振腔。
[0039] 拉曼晶体BaWO4 2为a切割，规格为4×4×20mm3，镀有基频激光、斯托克斯光和黄光增透膜系；倍频晶体LBO 4为θ＝90°、 切割，规格为4×4×10mm3，镀有基频激光、斯托克斯光和黄光增透膜系，加温至～41°满足非临界
相位匹配条件；聚焦透镜5的焦距100mm，镀有基频激光增透膜系。
[0040] 由于光纤玻璃基质的特性，有源光纤在1.06μm发射峰附近的较宽范围内均能提供增益，因此可通过选频措施调谐基频激光的输出波长；基频激光入射拉曼晶体BaWO4 2，产生拉曼增益，拉曼增益随基频激光功率上升而增长，当增益大于损耗后，在斯托克斯光谐振腔的反馈作用下发生受激拉曼散射(SRS)形成斯托克斯光振荡。根据拉曼晶体的种类(拉曼频移)选择基频光波长。
[0041] 具体实现时，拉曼晶体BaWO4 2的拉曼主峰频移为925cm-1，因此调谐基频激光种子源1-1的波长为1062.51nm，经光纤放大级1-2放大后的1062.51nm基频激光经过聚焦透镜5聚焦后进入拉曼晶体BaWO4 2，超过SRS
阈值后产生1178.318nm斯托克斯光，在第一斯托克斯腔镜3-1和第二斯托克斯腔镜3-2构成的谐振腔内振荡，由于拉曼增益的无烧孔特性，斯托克斯光为单纵模运转，并被倍频晶体LBO 4倍频产生589.159nm单频钠信标黄光。
[0042] 综上所述，本发明实施例的优势在于，基频激光光源采用主振-放大结构，波长调谐只需控制种子光波长，实现简单，倍频过程采用内腔结构(即倍频晶体LBO 4置于斯托克斯光谐振腔内)，转换效率高。
[0043] 实施例2：
[0044] 本发明实施例提供了一种光纤激光泵浦固体拉曼频移的589nm钠信标激光器，该激光器包括：基频激光器1、拉曼晶体YVO4 2、第一斯托克斯腔镜3-1、第二斯托克斯腔镜3-2、倍频晶体PPLN 4、第一聚焦透镜5-1、以及第二聚焦透镜5-2。
[0045] 其中，基频激光器1以掺Nd光纤为增益介质的
激光振荡器，选用窄带光纤光栅使得基频激光线宽小于0.1nm，可通过光纤光栅的应
力和
温度控制调谐基频激光波长；第一斯托克斯腔镜3-1均镀有基频激光增透、斯托克斯光高反膜系；第二斯托克斯腔镜3-2镀有斯托克斯光部分输出膜系，第一斯托克斯腔镜3-1和第二斯托克斯腔镜3-2的
曲率半径均为3
100mm，二者构成谐振腔长度190mm；拉曼晶体YVO4 2为a切割，规格为4×4×20mm ，镀有基频激光和斯托克斯光增透膜系；倍频晶体PPLN 4的规格为1×2×20mm3，极化周期为9.45μm，镀有斯托克斯光和黄光增透膜系；第一聚焦透镜5-1的焦距为100mm，镀有基频激光增透膜系；第二聚焦透镜5-2的焦距为100mm，镀有斯托克斯光增透膜系。
[0046] 拉曼晶体YVO4 2的拉曼主峰频移为890cm-1，因此通过光纤光栅的温度或
应力控制选择基频光波长为1066.48nm，1066.48nm基频激光经过第一聚焦透镜5-1聚焦后进入拉曼晶体YVO4 2，超过SRS阈值后产生1178.318nm斯托克斯光，在第一斯托克斯腔镜3-1和第二斯托克斯腔镜3-2构成的谐振腔内振荡，经过第二斯托克斯腔镜3-2输出，由于拉曼增益的无烧孔特性，基频激光线宽小于拉曼晶体拉曼线宽时所产生的斯托克斯光为单纵模运转，输出1178.318nm单频斯托克斯光经第二聚焦透镜5-2聚焦进入被倍频晶体PPLN 4，倍频产生589.159nm单频钠信标黄光。
[0047] 综上所述，本发明实施例的优势在于，基频激光光源为单一振荡器设计，结构简单成本低；倍频过程采用外腔准相位匹配单次通过倍频(即单频斯托克斯光经第二聚焦透镜5-2聚焦、进入置于斯托克斯光谐振腔外的有效非线性系数极大的倍频晶体PPLN 4)，效率高，结构稳定。
[0048] 实施例3
[0049] 上述实施例1和2中，基频激光光源1的有源光纤可以是掺Yb光纤，也可以为掺Nd光纤，只要能在1.06μm附近提供较宽增益即可，本发明实施例对此不做限制。
[0050] 相应地，拉曼晶体2可以是BaWO4、或YVO4，也可以是CaWO4、BaNO3、GdVO4等常用拉曼主峰频移在900cm-1附近的拉曼晶体，具体实现时，根据拉曼晶体的频移选择基频光波长即可，本发明实施例对此不做限制。
[0051] 其中，倍频晶体4可以为LBO晶体、PPLN晶体，也可以为BBO、KTP等其他常用非线性晶体，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。
[0052] 综上所述，本发明实施例的目的在于解决目前固体拉曼黄光激光器的波长和线宽难以匹配钠信标要求的问题，本发明采用宽增益谱的光纤激光作为基频激光光源，结合无烧孔的固体拉曼频率变换，实现波长589.159nm的单纵模钠信标黄光，满足了实际应用中的需要。
[0053] 本发明实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。
[0054] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
