一种高能量长脉冲激光获得装置、方法及用图
【技术领域】
[0001]本发明涉及全固态激光器领域，具体而言，涉及一种高能量长脉冲激光获得装置、方法及用途。
【背景技术】
[0002]在激光钠导星、引力波探测、激光雷达等系统中，需要可调谐的百微秒级长脉冲1064nm激光，并对激光线宽、纵模进行控制。同时，为了便于应用，激光脉冲波形应尽量匀滑、谱线也应尽量稳定。
[0003]现有的高能量百微秒级全固态长脉冲激光主要通过准连续二极管激光栗浦固体增益介质的谐振腔来获得，即直接由振荡腔获得脉冲激光，然后再对脉冲激光进行能量扩大。但是，由于固体激光增益介质固有的弛豫振荡特性，输出的长脉冲激光存在无法消除的弛豫尖峰，这在应用中容易损坏光学元件，或使高速光电探测器趋于饱和而影响测量。同时弛豫振荡尖峰的存在，使得控制纵模的难度加大，容易产生模式跳变，难以获得谱线稳定的单频窄线宽激光输出。另外，由于固体增益介质在I ym附近的发射带宽通常只有几十GHz，因此谐振腔技术难以获得较宽的调谐范围。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高能量、窄线宽、调频范围宽的单频长脉冲激光获得装置、方法及用途。
[0005]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0006]—种高能量长脉冲激光获得装置，按照激光传输的方向，依次包括:连续激光源、隔离器、电光调制器、偏振片和激光放大器。
[0007]进一步，所述连续激光源为光纤激光器或固体激光器。
[0008]进一步，所述隔离器的隔离度> 20dB。
[0009]进一步，所述电光调制器与电压源连接，调制脉宽100 μ S-2300 μ S。
[0010]进一步，所述偏振片对s偏振的激光反射率大于99 %，对P偏振的激光透过率大于95%。
[0011 ] 进一步，所述偏振片对P偏振的激光反射率大于99 %，对s偏振的激光透过率大于95%。
[0012]进一步，所述装置还包括二分之一波片，所述二分之一波片设于所述电光调制器和偏振片之间，所述二分之一波片的光轴方向与激光传输方向呈90°。
[0013]另，本发明还提供一种利用上述的获得装置获得高能量长脉冲激光的方法，包括以下步骤:
[0014](I)连续激光源输出连续的s偏振或P偏振的种子激光；
[0015](2)种子激光经过隔离器和电光调制器后，种子激光的偏振状态发生周期性变化，s偏振和P偏振间隔存在，得到周期激光；
[0016](3)周期激光经过偏振片，其中一种偏振状态的激光透过，另一种偏振状态的激光被反射，得到长脉冲激光；
[0017](4)步骤(3)得到的脉冲激光经过激光放大器进行能量放大，得到高能量长脉冲激光。
[0018]进一步，所述高能量长脉冲激光的脉冲宽度为40 μ S-250 μ S。
[0019]利用上述的方法获得高能量长脉冲激光在激光钠导星、引力波探测或激光雷达上的应用。
[0020]本发明的有益效果如下:
[0021]1、本发明使用连续窄线宽的可调谐单频激光器作为种子源，放大后的激光在具有较高能量的同时，仍为可调谐的单频窄线宽激光，中心波长与种子源相同，脉宽由调制信号脉宽决定，输出脉冲波形由调制信号波形、调制激光脉冲与放大级栗浦脉冲的时序共同决定，为匀滑的波形；
[0022]2、本发明的高能量长脉冲激光获得方法完全不同于现有技术的获得方法，消除了现有技术中的长脉冲激光存在弛豫尖峰、调谐范围较窄、线宽难以控制、谱线不稳定的缺陷，是获得高能量高光束质量单频长脉冲激光输出的有效途径。
【附图说明】
[0023]图1为本发明的整体结构示意图。
图2为准连续栗浦在谐振腔中直接产生的百微秒长脉冲；
图3为采用本发明中的装置和方法得到的脉冲激光。
[0024]图中:1 一连续激光源，2—隔离器，3 —电光调制器，4一二分之一波片，5—偏振片，6一激光放大器。
【具体实施方式】
[0025]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0026]实施例一:
[0027]如图1所示，一种高能量长脉冲激光获得装置，按照激光传输的方向，依次包括:连续激光源1、隔离器2、电光调制器3、二分之一波片4、偏振片5和激光放大器6。
[0028]连续激光源I为光纤激光器或固体激光器，输出的激光为可调谐连续单频激光，偏振状态为P偏振，中心波长在1064.5nm土 1.0nm范围内可调谐，输出功率10mW?10W，线宽小于10kHz。
[0029]隔离器2为光学晶体、波片和偏振片组合，作用是使连续激光源I输出的激光单向通过，而隔离器2之后的光学元件的反向光则不能通过隔离器2返回连续激光源1，隔离度> 20dB。
[0030]电光调制器3包含I块或2块电光晶体，调制脉宽100 μ s?2300 μ s’工作重复频率50Hz?1000Hz，电光晶体由电压源驱动，电压源由调制信号源控制，可输出矩形波、三角波、正弦波或任意波电压；不加载调制信号时，偏振激光通过电光晶体后不改变偏振态；有加载信号时，偏振激光通过电光晶体后偏振态旋转90°。连续激光源输出的连续激光经过电光调制器3后，部分激光的偏振状态偏转90°，即部分激光为s偏振状态，另一部分激光为P偏振状态，可以选取s偏振的激光作为目标激光，也可以选取P偏振的激光作为目标激光。
[0031 ] 偏振片5对s光反射率大于99 %，对P光透过率大于95 %，通过偏振片5后，连续激光中的S光被反射掉，只剩下P光，即形成脉冲激光。
[0032]二分之一波片4光轴方向与通光方向呈90°，与连续激光源I偏振方向呈45°，使通过它的激光偏振态旋转90°。
[0033]当选取经过电光调制器3后的s偏振激光作为目标激光时，需要在偏振片5之前加入二分之一波片4，以将目标激光的偏振状态由s偏振变为P偏振；当选取经过电光调制器3后的P偏振激光作为目标激光时，则不需要在偏振片5之前加入二分之一波片4。
[0034]激光放大器6为一级或两级，每一级放大器包含二极管激光栗浦的Nd:YAG模块2个，可以双通放大也可以单通放大，实现对脉冲激光放大的功能。
[0035]本发明使用连续窄线宽的可调谐单频激光器作为种子源，完全不同于现有的以脉冲激光作为种子源的装置和方法，放大后的激光在具有较高能量的同时，仍为可调谐的单频窄线宽激光，中心波长与种子源相同，脉宽由调制信号脉宽决定，输出脉冲波形由调制信号波形、调制激光脉冲与放大级栗浦脉冲的时序共同决定，为匀滑的波形。
[0036]—种利用上述的获得装置获得高能量长脉冲激光的方法，包括以下步骤:
[0037](I)连续激光源I输出连续的s偏振或者是P偏振的种子激光，该种子激光连续、单频、窄线宽、可调谐；
[0038](2)种子激光依次经过隔离器2和电光调制器3后，由于电压源给电光调制器3施加周期性的脉冲电压，经过电光调制器3的种子激光的偏振状态发生周期性变化，s偏振和P偏振间隔存在，得到周期激光；
[0039](3)周期激光经过偏振片5，其中一种偏振状态的激光透过，另一种偏振状态的激光被反射，得到长脉冲激光，脉冲宽度为40 μ s-250 μ s ；
[0040](4)步骤(3)得到的脉冲激光经过激光放大器6进行能量放大，得到高能量长脉冲激光，所述高能量是指高于种子激光的能量，该种高能量长脉冲激光用于激光钠导星、引力波探测或激光雷达。
[0041]本发明的高能量长脉冲激光获得方法完全不同于现有技术的获得方法，消除了现有技术中的长脉冲激光存在弛豫尖峰、调谐范围较窄、线宽难以控制、谱线不稳定的缺陷，是获得高能量高光束质量单频长脉冲激光输出的有效途径。
[0042]实施例二:
[0043]本实施例中与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是:种子光的偏振状态为s偏振，偏振片5对P偏振的激光反射率大于99%，对s偏振的激光透过率大于95%。
[0044]当选取经过电光调制器3后的P偏振激光作为目标激光时，需要在偏振片5之前加入二分之一波片4，以将目标激光的偏振状态由P偏振变为s偏振；当选取经过电光调制器3后的s偏振激光作为目标激光时，则不需要在偏振片5之前加入二分之一波片4。
[0045]实施例三:
[0046]可调谐单频1064nm连续激光源I为固体激光器空间输出，真空中心波长为1063.5nm，线宽5kHz，输出功率100mW，偏振态为s线偏振光，光斑直径为Φ 1.0mm,光束质量M2= 1.02。
[0047]电光调制器3选用单块LN晶体，调制电压1200V，调制脉宽150 μ S，重复频率50Hz，调制信号波形为正弦波。
[0048]不使用二分之一波片4，偏振片5为对s偏振的激光反射率大于99 %，对P偏振的激光透过率大于95%。
[0049]固体放大器6为两级双通结构，增益介质为Nd:YAG棒，栗浦脉宽200 μ S，放大后激光输出单脉冲能量200mJ，平均功率10W，光束质量M2= 1.2，线宽20kHz，光斑直径为Φ3.5mm，脉冲宽度 110 μ S。
[0050]实施例四:
[0051]可调谐单频1064nm连续激光源I为光纤输出，真空中心波长为1065.5nm，线宽10kHz，输出功率2W，偏振态为P偏振光，光斑直径Φ2πιπι，光束质量M2= 1.05。
[0052]电光调制器3选用单KD*P晶体，调制电压6200V，调制脉宽220 μ s’重复频率100Hz，调制波形为三角波。
[0053]不