[发明专利]种子注入单纵模双脉冲激光器和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及单纵模激光器，特别是一种种子注入单纵模双脉冲激光器和控制方法。

背景技术

自工业革命以来，温室气体含量的增加引发全球气候变暖，已成为目前最重要的环境问题之一。CO₂作为产生温室效应的最主要气体，对其浓度进行高精度测量对全球气候变化的研究非常必要。差分吸收激光雷达作为一种获取CO₂垂直方向分布的主动遥感探测技术，具有探测范围大、空间分辨率高、实时连续监测和测量精度高等优点。而单纵模双脉冲激光器作为差分吸收雷达系统发射源的泵浦源，单纵模双脉冲激光器的单纵模性能、频率稳定性能、器件稳定可靠性能的优化对差分吸收雷达探测CO₂能力的提升有重要意义。

目前种子注入技术是获得单纵模双脉冲激光最普遍的技术手段。在种子注入腔长控制技术中，通常采用压电陶瓷改变腔长。然而压电陶瓷的非线性效应使得系统对腔长的控制和反馈的精度受到了限制，进而影响输出激光的频率稳定性。压电陶瓷粘在激光器腔镜上，其机械振动会影响输出激光的指向稳定性。而且，高重频工作的压电陶瓷对驱动要求会增加，响应会逐渐变差，使用寿命会减少，进而导致系统可靠性变差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于电光相位调制器的种子注入单纵模双脉冲脉冲激光器和控制方法。该激光器能保障100％单纵模输出，具有频率稳定性高、能量稳定性高、抗干扰能力强、寿命长、工作稳定和结构紧凑的特点。

本发明的基本思想是：

在种子注入单纵模双脉冲激光器的从动腔中插入电光相位调制器。通过合理控制泵浦源的驱动脉冲宽度，在一个泵浦周期内，电光相位调制器驱动电源给电光相位调制器施加梯形电压，电光晶体的折射率随之线性变化，进而改变光学腔长。利用延迟-扫描-触发的谐振探测方法，在梯形电压扫描的上升沿和下降沿阶段，光电二极管检测到种子光经过从动腔形成的两套对称的干涉信号的峰值后，分别给出调Q开关的触发信号。两个触发信号具有一定时序关系，用来两次打开调Q开关，随即输出单纵模双脉冲激光。同时在每对激光脉冲输出后，对梯形电压的上升沿和下降沿起始时刻相对于泵浦脉冲起始时刻的延时量进行反馈控制，使每次调Q开关在泵浦脉冲中间和后沿的相同位置打开，进而提高激光脉冲的能量稳定性。

本发明的技术解决方案如下：

一种种子注入单纵模双脉冲激光器，其结构包括L型谐振腔、泵浦源、种子源、电路控制系统四部分，其特点在于：

所述的L型谐振腔包括后腔镜和耦合输出镜，所述的L型谐振腔内由所述的后腔镜沿光路至所述的耦合输出镜依次是调Q晶体、第一四分之一波片、对振荡激光透射的布儒斯特角起偏器、分光镜、第二四分之一波片、增益介质、第三四分之一波片和电光相位调制器，所述的分光镜与所述的光路成45°，该分光镜对泵浦激光高透，对谐振腔的振荡激光高反，形成L型谐振腔；

所述的泵浦源依次由激光二极管和泵浦耦合系统组成，所述的激光二极管输出的泵浦光经过所述的泵浦耦合系统、分光镜、第二四分之一波片对所述的增益介质进行泵浦；

所述的种子源包括种子激光器，沿该种子激光器的激光输出方向依次是隔离器、耦合透镜系统、半波片、第四四分之一波片，所述的种子激光器输出的种子激光经过所述的后腔镜进入所述的L型谐振腔内，所述的种子激光器输出的种子激光的光路与所述的谐振腔的振荡光路一致；

所述的电路控制系统由谐振探测电路、泵浦驱动电源、电光相位调制器驱动电源、光电二极管和调Q驱动电源组成，所述的光电二极管设置在所述的布儒斯特角起偏器的反射光方向，所述的谐振探测电路的输入端与所述的光电二极管的输出端相连，所述的谐振探测电路的输出端分别与所述的泵浦驱动电源的输入端、所述的电光相位调制器驱动电源的输入端，所述的调Q驱动电源的输入端相连，所述的泵浦驱动电源的输出端与所述的泵浦源的输入端相连，所述的电光相位调制器驱动电源的输出端与所述的电光相位调制器的输入端相连，所述的调Q驱动电源的输出端与所述的调Q晶体的输入端相连。

所述的谐振探测电路为可编程门阵列电路，为实现种子注入谐振探测提供信号分析处理和时序控制。

上述种子注入单纵模双脉冲激光器的控制方法，该方法包括下列步骤：

1)所述的谐振探测电路在每一个周期的起始时刻给所述的泵浦驱动电源发出触发信号，该泵浦驱动电源检测到触发信号后给所述的泵浦源进行泵浦；