[其他]脉冲碰撞双锁模激光器

说明书

本发明为脉冲碰撞双锁模激光器，属于受激发射器件领域。该项发明是将脉冲碰撞锁模技术与腔内同步泵浦技术相结合的一种同时可在两个波长锁模运转的激光系统。与氩离子锁模激光同步泵浦染料激光系统相比，具有结构简单，稳定性高、脉冲宽度窄、转换效率高以及成本低廉等特点。该发明可用于激光光谱学、非线性光学、微微秒光电子学和光导纤维的研究。

本发明属于受激发射器件领域。

1974年美国科学家詹（C.K.CHAN）等人发表了氩离子激光同步泵染料激光系统（a）。在该系统中，首先利用声光调制器将氩离子激光锁模，然后用氩离子激光的锁模脉冲序列同步泵染料激光器，实现染料激光器的锁模运转。1981年，美国贝尔实验室的福克（R.L.FORK）等人（b）发表了脉冲碰撞锁模（COOL IDING PULSE MODE-LOCKING，简称CPM）激光器，在该激光器中，利用相反方向传播的光脉冲在可饱和吸收体处相干叠加的效应，对染料激光器进行锁模。1983年，库克（D.KHLKE）等人（c）发表了直腔氩离子激光脉冲碰撞锁模激光器，在氩离子激光器中实现了CPM运转，目前国内外普遍采用的氩激光同步泵染料激光系统，存在两个缺点：一是氩离子激光器首先用声光调制器锁模，使得该激光器结构复杂，且存在腔长和声光调制频率的失配问题;二是氩离子激光器和被其泵浦的染料激光器分别为独立的两个谐振腔，存在两个腔长的失配问题，因此对调整和环境条件要求较严格，经常造成输出脉宽和功率的不稳定性，福克等人发表的CPM染料激光器，由于氩离子激光器为连续运转激光器，用其泵浦染料激光器的效率很低，库克等人发表的直腔CPM氩离子激光器，由于其脉冲强度不对称，未能实现染料的锁模运转。

本发明的目的在于克服上述三种激光器各自的缺点，并首次实现了氩离子激光和染料激光在同一个对称环形腔中的双波长的脉冲碰撞锁模。我们称作脉冲碰撞双锁模。

本发明的激光器的谐振腔系由四个凹面反射镜组成，见附图的（1）、（2）、（3）、（4）。氩离子放电管（见附图的（5））置于两个大曲率反射镜（1）、（2）之间（见附图），染料喷流置于两个小曲率反射镜（3）、（4）（见附图）的焦点处。染料喷流（见附图的（7））系罗丹明6G的乙二醇溶液喷流，它既作为氩离子激光的可饱和吸收介质，又是染料激光的增益介质，其浓度为10^-4～10^-2克分子浓度（M/L）。在对称环形腔中，沿相反方向传播的二个氩离子激光脉冲以及二个沿相反方向传播的染料激光脉冲各自在染料喷流处相碰撞。由于沿相反方向的二个脉冲在染料喷流处相碰撞时的相干作用和对激光模式的同步锁定作用，便同时实现氩离子激光和染料激光的脉冲碰撞双锁模。在两个脉冲叠加的区域内形成光场强度的空间周期分布。由于染料分子对光场的吸收，造成了粒子数分布的空间周期分布，称为瞬态粒子数分布“光栅”。该“光栅”的形成过程也是染料被漂白因而造成对氩离子激光的碰撞锁模过程。已经被漂白的染料，其处于上能级的分子相对于另一下能级（与吸收氩离子激光的下能级不同）形成粒子数反转，因此造成与该对能级相对应的受激辐射，形成锁模的染料激光。由于该染料既作为氩离子激光的碰撞锁模用的可饱和吸收介质又作为染料激光的增益介质，两种波长的激光同时共用相同的上能级，因此，染料激光和氩离子激光之间存在很强的耦合效应，该效应使得氩离子激光和染料激光的脉冲宽度都得到进一步压缩。

由于本发明可产生几个微微秒（10^-12秒）到亚微微秒（10^-13秒）的激光脉冲，因此可用于对原子分子的快速驰豫过程的研究，该项发明还可用于化学能量转移过程、生物中信息传递过程、植物中光合作用的研究。另外，该发明还可为近几年发展起来的微微秒光电子学及高比特光纤通讯的研究提供一新的手段。本发明与国内外目前通用的锁模氩离子激光器同步泵浦染料激光系统相比，省掉了声光调制器及其高频驱动电源，将原来的由五块反射镜构成的两个独立的谐振腔简化为四块反射镜构成的一个谐振腔，因此该发明的激光器运转稳定性更好，成本可降低三分之一。由于本发明采用了腔内泵浦方式，没有被染料吸收的那部分光仍然留在腔内，没有损失掉，因此转换效率可提高30%以上。由于本发明采用了CPM技术，脉冲宽度变窄，峰值功率提高，因此在上述几个领域的研究中有着广泛的应用前景和明显的经济效益和社会效益。