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单频中红外激光光源

阅读:488发布:2020-05-11

专利汇可以提供单频中红外激光光源专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种单频 中红外 激光 光源 ,包括1064nm模 块 、1550nm模块、光参量转换模块和探测反馈模块,1064nm模块输出的1064nm 泵 浦光和1550nm模块输出的1550nm 信号 光,进入光参量转换模块差频处理后,输出3.4μm中红外激光,探测反馈模块接收光参量转换模块 输出信号 ,并将从中分解出的638nm红光作为检测信号,其余3.4μm中红外激光过滤输出,探测反馈模块将638nm红光的功率变化值作为反馈信号,反馈信号返回1064nm模块和1550nm模块中的泵浦源,调整1064nm模块和1550nm模块输出功率,保证探测反馈模块输出的3.4μm中红外激光稳定。能获得稳定的中红外单频激光输出;光源调整反映快;实现宽带可调的中红外输出。,下面是单频中红外激光光源专利的具体信息内容。

1.一种单频中红外激光光源,其特征在于,包括1064nm模、1550nm模块、光参量转换模块和探测反馈模块,1064nm模块输出的1064nm浦光和1550nm模块输出的1550nm信号光,进入光参量转换模块差频处理后,输出3.4μm中红外激光,探测反馈模块接收光参量转换模块输出信号,并将从中分解出的638nm红光作为检测信号,其余3.4μm中红外激光过滤输出,探测反馈模块将638nm红光的功率变化值作为反馈信号,反馈信号返回1064nm模块和
1550nm模块中的泵浦源,调整1064nm模块和1550nm模块输出功率,保证探测反馈模块输出的3.4μm中红外激光稳定。
2.根据权利要求1所述单频中红外激光光源,其特征在于,所述1064nm模块包括:单频窄线宽1064nm光源、第一分束器、第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱增益光纤、第二掺镱增益光纤、第一隔离器、两个第一高功率泵浦源和第一合束器,单频窄线宽1064nm光源输出1064nm种子光先经过第一分束器将种子光4:6分束,功率大的光进入第一波分复用器与第一泵浦源产生的泵光合并后再经过第一掺镱增益光纤放大,再通过第一隔离器获得
1064nm光,经过第一合束器与两个第一高功率泵浦源产生的泵光合并,合并后光通过第二掺镱增益光纤放大后进入光参量转换模块。
3.根据权利要求1所述单频中红外激光光源,其特征在于,所述1550nm模块包括:单频窄线宽1550nm光源、第二分束器、第二泵浦源、第二波分复用器、第三掺铒增益光纤、第四掺镱增益光纤、第二隔离器、两个第二高功率泵浦源和第二合束器,单频窄线宽1550nm光源输出1550nm种子光先经过第二分束器将种子光4:6分束,功率大的光进入第二波分复用器与第二泵浦源产生的泵光合并后再经过第三掺镱增益光纤放大,再通过第二隔离器获得
1550nm光,经过第二合束器与两个第二高功率泵浦源产生的泵光合并,合并后光通过第四掺镱增益光纤放大后进入光参量转换模块。
4.根据权利要求2或3所述单频中红外激光光源,其特征在于,所述反馈信号返回
1064nm模块的第一泵浦源和与第一合束器连接的两个第一高功率泵浦中的任意一个;所述反馈信号返回1550nm模块中的第二泵浦源和与第二合束器连接的两个第二高功率泵浦中的任意一个。
5.根据权利要求1所述单频中红外激光光源,其特征在于,所述光参量转换模块包括:
高功率波分复用器、PPLN加热模块、凹面高反镜M4、滤光片和准直镜,其中PPLN加热模块包括聚焦镜和PPLN晶体,1064nm模块输出的1064nm泵浦光和1550nm模块输出的1550nm信号光通过高功率波分复用器合并后,依次经过聚焦镜和PPLN晶体加热后差频产生3.4μm的中红外光,同时还有1064nm、1550nm和1064nm的倍频效应产生532nm光,再通过凹面高反镜M4滤除1064nm和1550nm光。
6.根据权利要求4所述单频中红外激光光源,其特征在于,所述光参量转换模块输出的
532nm光和3.4μm的中红外光,先经过探测反馈模块中的高反镜反射分离出638nm光进行检测,透射光依次通过滤光片、高透3μm准直镜进一步过滤中红外激光,滤出532nm光,获得的
3.4μm中红外激光。
7.根据权利要求1、2、3、5、6任意一项所述单频中红外激光光源,其特征在于,所述
1064nm模块输出的1064nm泵浦光和1550nm模块输出的1550nm信号光功率比例为5:3。

说明书全文

单频中红外激光光源

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光技术,特别涉及一种稳定输出的单频中红外激光光源。

背景技术

[0002] 中红外激光在大气中的透过率高,损耗小,可以运用于星地之间的卫星通讯。由于传输距离远,对光源光束的质量要求非常高。而目前的光学参量装置均为固态激光装置系统或者空间光路耦合系统,与实用化尚有较大距离。

发明内容

[0003] 本发明是针对中红外激光运用要求高无法实际运用的问题,提出了单频中红外激光光源,是一种具有输出功率检测及反馈控制能的单频中红外激光光源,使中红外激光可以长期连续稳定输出。
[0004] 本发明的技术方案为:一种单频中红外激光光源,包括1064nm模、1550nm模块、光参量转换模块和探测反馈模块,1064nm模块输出的1064nm浦光和1550nm模块输出的1550nm信号光,进入光参量转换模块差频处理后,输出3.4μm中红外激光,探测反馈模块接收光参量转换模块输出信号,并将从中分解出的638nm红光作为检测信号,其余3.4μm中红外激光过滤输出,探测反馈模块将638nm红光的功率变化值作为反馈信号,反馈信号返回
1064nm模块和1550nm模块中的泵浦源,调整1064nm模块和1550nm模块输出功率,保证探测反馈模块输出的3.4μm中红外激光稳定。
[0005] 所述1064nm模块包括:单频窄线宽1064nm光源、第一分束器、第一泵浦源、第一波分复用器、第一掺镱增益光纤、第二掺镱增益光纤、第一隔离器、两个第一高功率泵浦源和第一合束器,单频窄线宽1064nm光源输出1064nm种子光先经过第一分束器将种子光4:6分束,功率大的光进入第一波分复用器与第一泵浦源产生的泵光合并后再经过第一掺镱增益光纤放大,再通过第一隔离器获得1064nm光,经过第一合束器与两个第一高功率泵浦源产生的泵光合并,合并后光通过第二掺镱增益光纤放大后进入光参量转换模块。
[0006] 所述1550nm模块包括:单频窄线宽1550nm光源、第二分束器、第二泵浦源、第二波分复用器、第三掺铒增益光纤、第四掺镱增益光纤、第二隔离器、两个第二高功率泵浦源和第二合束器,单频窄线宽1550nm光源输出1550nm种子光先经过第二分束器将种子光4:6分束,功率大的光进入第二波分复用器与第二泵浦源产生的泵光合并后再经过第三掺镱增益光纤放大,再通过第二隔离器获得1550nm光,经过第二合束器与两个第二高功率泵浦源产生的泵光合并,合并后光通过第四掺镱增益光纤放大后进入光参量转换模块。
[0007] 所述反馈信号返回1064nm模块的第一泵浦源和与第一合束器连接的两个第一高功率泵浦中的任意一个;所述反馈信号返回1550nm模块中的第二泵浦源和与第二合束器连接的两个第二高功率泵浦中的任意一个。
[0008] 所述光参量转换模块包括:高功率波分复用器、PPLN加热模块、凹面高反镜M4、滤光片和准直镜,其中PPLN加热模块包括聚焦镜和PPLN晶体,1064nm模块输出的1064nm泵浦光和1550nm模块输出的1550nm信号光通过高功率波分复用器合并后,依次经过聚焦镜和PPLN晶体加热后差频产生3.4μm的中红外光,同时还有1064nm、1550nm和1064nm的倍频效应产生532nm光,再通过凹面高反镜M4滤除1064nm和1550nm光。
[0009] 所述光参量转换模块输出的532nm光和3.4μm的中红外光,先经过探测反馈模块中的高反镜反射分离出638nm光进行检测,透射光依次通过滤光片、高透3μm准直镜进一步过滤中红外激光,滤出532nm光,获得的3.4μm中红外激光。
[0010] 所述1064nm模块输出的1064nm泵浦光和1550nm模块输出的1550nm信号光功率比例为5:3。
[0011] 本发明的有益效果在于:本发明单频中红外激光光源,能获得稳定的中红外单频激光输出;光源调整反映快;实现宽带可调的中红外输出。附图说明
[0012] 图1为本发明单频中红外激光光源原理图;
[0013] 图2为本发明单频中红外激光光源结构示意图。

具体实施方式

[0014] 如图1所示单频中红外激光光源原理图,一种稳定输出的单频中红外激光光源。包括1064nm模块100、1550nm模块200、光参量转换模块300和探测反馈模块400。1064nm模块100输出的1064nm泵浦光和1550nm模块200输出的1550nm信号光,进入光参量转换模块300差频处理后,输出3.4μm中红外激光,探测反馈模块接收光参量转换模块300输出信号,分解输出的638nm红光作为检测信号,其余3.4μm中红外激光过滤输出,探测反馈模块将638nm红光的功率变化值作为反馈信号,反馈信号返回1064nm模块和1550nm模块中的泵浦源,调整
1064nm模块和1550nm模块输出功率,保证探测反馈模块输出的3.4μm中红外激光稳定。
[0015] 1064nm泵浦光和1550nm信号光在差频产生3.4μm中红外激光的同时,还会产生1064nm的倍频效应产生532nm的绿光,以及532nm与3.4μm中红外差频效应产生638nm的红光。
[0016] 该级联参量过程如下所示:
[0017] ω=c/λ(c为光速,λ波长,ω为相应波长的重复频率
[0018] ω3.4μm=ω1064nm -ω1550nm
[0019] ω532nm=2 ×ω1064nm
[0020] ω638nm=ω532nm -ω3.4μm
[0021] ω638nm= 2 ×ω1064nm -ω1064nm +ω1550nm
[0022] 得:ω1064nm +ω1550nm=ω638nm
[0023] ω1064nm -ω1550nm=ω3.4μm
[0024] 可知,1064nm与1550nm光差频获得3.4μm中红外激光,638nm光也能反映1064nm与1550nm光的稳定性,即638nm光的稳定性能反映中红外激光的稳定性。
[0025] 由于直接实时监测中红外激光的功率十分困难,本发明是通过监测PPLN晶体中产生的638nm的稳定性而间接监测中红外的稳定性。在638nm激光进入稳定出光状态时,将此时光电二极管检测到的功率设定为初始值。当638nm的功率波动时,可以通过光电二极管所检测到的实时值的大小与初始值比较。
[0026] 如图2所示单频中红外激光光源结构示意图,1064nm模块100包括:单频窄线宽1064nm光源101、分束器102、泵浦源103、波分复用器104、掺镱的PMYSF-Hi增益光纤105(保偏双包层)、隔离器106、高功率泵浦源107和108、合束器109、掺镱的PLMA-YDF增益光纤110(保偏双包层)。1550nm模块200包括:单频窄线宽1550nm光源201、分束器202、泵浦源203、波分复用器204、掺铒的增益光纤205(保偏双包层)、隔离器206、高功率泵浦源207和208、合束器209、掺铒的增益光纤210(保偏双包层)。光参量转换模块300包括:PM-HWDM 高功率波分复用器301、PPLN加热模块302(包括聚焦镜303和PPLN晶体304)、凹面高反镜M4(高透3.4μm,高反1550nm,高反1064nm) 305。探测反馈模块400包括:高反600nm透镜401、滤光片402、高透3μm准直镜403。
[0027] 1064nm模块:1064nm种子光先经过分束器102将种子光4:6分束,将其中功率小的一端用于检测,将其中功率大的一端连接至波分复用器104,在波分复用器104内将种子光与泵浦源103产生的泵光合并后再经过掺镱的PMYSF-Hi增益光纤105放大,在通过隔离器106后获得300mW的1064nm光,在合束器109内将种子光与高功率泵浦源107和108产生的泵光合并后再经过掺镱的PMYSF-YDF增益光纤110(保偏双包层)放大,经过PM-HWDM 高功率波分复用器301时,1064nm激光的功率为5W。1550nm模块:1550nm种子光先先经过分束器202将种子光4:6分束,将其中功率小的一端用于检测,将其中功率大的一端连接至波分复用器
204,在波分复用器204内将种子光与泵浦源103产生的泵光合并后再经过掺铒增益光纤205放大,在通过隔离器205后获得130mW的1550nm光,在合束器209内将种子光与高功率泵浦源
207和208产生的泵光合并后再经过掺铒增益光纤210(保偏双包层)放大,经过PM-HWDM 高功率波分复用器301时,1550nm激光的功率为3W。在PM-HWDM 高功率波分复用器301内将
1064nm和1550nm光合并(1064nm和1550nm的功率比例为五比三),再经过PPLN加热模块302(PPLN晶体温度用加热炉控制在75℃)加热后差频产生3.4μm的中红外光,同时还有1064nm、
1550nm和1064nm的倍频效应产生532nm光,再通过凹面高反镜M4 305,滤除1064nm和1550nm光,532nm光和3.4μm的中红外光进入探测反馈模块400,先经过高反镜401反射分离出638nm光进行检测,透射光依次通过滤光片402、高透3μm准直镜403进一步获得纯净的中红外激光,滤出532nm光,最后获得的3.4μm中红外激光的功率为5mW。在638nm激光进入稳定出光状态时,此时探测反馈模块400中的光电二极管检测到的功率设定为初始值。当638nm的功率波动时,可以通过光电二极管所检测到的实时值的大小与初始值比较,如当实时值大于初始值时:探测反馈模块400发送负反馈信号至1064nm模块100中的泵浦源103,和高功率泵浦
107或108,降低功率;同时发送负反馈信号至1550nm模块200中的泵浦源203,和高功率泵浦
207或208,降低功率,使638nm和3.4μm光的功率回到稳定时的值。如实时值小于初始值时:
探测反馈模块400发送负反馈信号至1064nm模块100中的泵浦源103,和高功率泵浦107或
108,增大功率;同时发送负反馈信号至1550nm模块200中的泵浦源202,和高功率泵浦207或
208,增大功率。使638nm和3.4μm光的功率回到稳定时的值。
[0028] 本发明的1064nm泵浦光和1550nm信号光分别来源于两台单频光纤激光器101、201,线宽均小于10kHz。可采用1064nm和1550nm可调谐光源,即1064nm单频光纤激光器可选择为1020nm至1100nm范围内的单频光,或1550nm单频光纤激光器可选择为1530nm至1580nm范围内的单频光。本发明的光纤链路均采用保偏光纤及保偏光纤耦合的光学器件,可确保光参量过程所需的泵浦光和信号光是线偏振光。本发明采用光纤耦合的周期铌酸锂晶体(PPLN晶体)中产生非线性过程。在单频中红外激光产生的过程中,会由级联光参量过程产生与中红外信号功率相关的638nm的可见光。通过监测该638nm可见光的功率反馈控制中红外激光,实现中红外激光的稳定输出。
[0029] 中红外功率的采集和检测较为困难,高灵敏度中红外探测器通常需要主动制冷,冷或是液氮降温都会使激光器体积增大很多。本发明通过将中红外功率关联至可见波段,通过监测可见波段的功率,间接控制中红外功率的稳定输出,能获得稳定的中红外单频激光输出。通过监测638nm可见光的强度波动,通过与基准值比较获得反馈信号,将反馈信号连接至激放大器的泵浦源,有效将激光器的输出功率定至基准值,系统相应快;可见光的监测简单易行,有力于中红外激光系统集成;可采用宽带可调的1064nm或1550nm的可调谐激光器,实现宽带可调的中红外输出。
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