[发明专利]卫星测距用kHz绿光皮秒激光器

说明书

技术领域

本发明是基于卫星测距用全固态皮秒激光器，包括半导体激光二极管（LD）泵浦的Nd:YVO₄SESAM锁模皮秒激光器、LD泵浦的Nd:YAG再生放大器以及将1064nm波长转换为532nm的倍频器，激光器工作频率1-2千赫兹（kHz），激光脉宽小于20皮秒（ps）。

背景技术

卫星激光测距（Satellite Laser Ranging,SLR）是上世纪60年代初期由美国宇航局（NASA）发起的一项旨在利用空间技术来研究地球动力学、大地测量学、地球物理学和天文学等的技术手段，也是天文地球动力学一项重要观测手段。卫星测距用激光器经历了从纳秒（ns）脉宽的调Q激光器到皮秒脉宽（ps）的锁模激光器，测距精度从米级提高到厘米级；重复频率从10赫兹（Hz）到几百赫兹；从灯泵浦到半导体激光泵浦。目前kHz皮秒激光器作为卫星测距系统激光光源是精度最高、回波数据量最大的一种卫星测距用激光光源，其卫星测距精度可达毫米量级，地球卫星定轨精度可达厘米量级。。

发明内容

本发明提供了一种卫星测距用kHz皮秒激光器，其包括：

卫星测距用kHz绿光皮秒激光器，包括：

全固态Nd:YVO₄-SESAM锁模激光器单元，用于产生重频在50～80MHz、激光脉冲宽度10～20ps、单脉冲能量大于等于1nJ的皮秒种子光；

全固态kHz Nd:YAG再生放大器单元，用于实现对皮秒种子光能量的放大，工作频率1-2kHz；

倍频单元，用于将1064nm波长变换为532nm波长。

全固态Nd:YVO₄-SESAM锁模激光器单元输出一串小能量皮秒激光脉冲作为卫星测距kHz皮秒激光器种子光，通过全固态kHz Nd:YAG再生放大器单元将其放大到2-3mJ,再通过倍频单元实现平均功率1-2W、重复频率1-2kHz、波长532nm的皮秒激光脉冲输出。

所述全固态Nd:YVO₄-SESAM锁模激光器单元包括沿着光路依次设置的激光二极管1、自聚焦透镜2、激光晶体A3、腔镜单元，激光二极管1和激光晶体A3通过半导体制冷器控制温度，控温精度小于±0.2°C。

所述全固态Nd:YVO₄-SESAM锁模激光器中腔镜单元包括沿振荡光方向依次设置的凹面反射镜A14、平面反射镜A15、平面输出镜6、平面反射镜A27、凹面反射镜A28和SESAM锁模元件9；平面输出镜6输出种子光，凹面反射镜A14和凹面反射镜A28入射光反射光之间夹角小于8°，平面反射镜A15和平面反射镜A27入射光反射光之间夹角小于20°，凹面反射镜A14距激光晶体A3的距离等于凹面反射镜A14的曲率半径，凹面反射镜A28距SESAM锁模元件9的距离等于凹面反射镜A28的曲率半径。

所述全固态Nd:YVO₄-SESAM锁模激光器单元输出光偏振态为水平偏振光。

所述全固态kHz Nd:YAG再生放大器单元沿光路依次设置的由偏振片B112、半波片13、法拉第旋光器14、偏振片B215、四分之一波片B116、普克尔盒17、凸面反射镜B118，光经凸面反射镜B118的反射反射回路上沿依次设置普克尔盒17、四分之一波片B116、偏振片B215、偏振片B319、增益单元20、四分之一波片B221、光阑22和凸面反射镜B223，偏振片B112、B215、B319按入射角等于56°±1°放置，半波片光轴与水平偏振入射光电矢量振动面夹角成22.5°角放置，四分之一波片B116光轴与水平偏振入射光电矢量振动面成45°角放置，四分之一波片B221光轴与垂直偏振入射光电矢量振动面成0°角放置，全固态Nd:YVO₄-SESAM锁模激光器单元输出的水平偏振种子光经45°反射镜A10和45°全反镜B11反射进入全固态kHzNd:YAG再生放大器单元，偏振片B112将再生放大光导出。

所述增益单元20由脉冲1-2kHz半导体激光巴条20a和激光晶体B20b构成，激光晶体B20b位于半导体激光巴条20a中心，半导体激光巴条20a按120°角或60°角分布放置，增益单元由循环水冷却并控温，控温精度小于±0.5°C。

所述再生放大器谐振腔是由凸面反射镜B118和凸面反射镜B223构成的双凸反射镜腔。

所述倍频单元由沿光路依次设置的45反射镜B24、LBO倍频晶体、45°透-反镜C126和45°透-反镜C227构成。