[发明专利]具有V型泵浦结构的半导体激光泵浦碱金属激光器系统

说明书

本发明公开了一种具有V型泵浦结构的半导体激光泵浦碱金属激光器系统，包括：泵浦光源、碱金属蒸气池、温度控制系统和激光器谐振腔输出镜；泵浦光源出射泵浦光，泵浦光相对于碱金属蒸气池的轴向方向斜向入射至碱金属蒸气池的前端面；温度控制系统贴近碱金属蒸气池的后端面布置，用于使碱金属蒸气池内的温度保持稳定；激光器谐振腔输出镜垂直于碱金属蒸气池轴向方向布置，激光器谐振腔输出镜与碱金属蒸气池后端面组成激光器的谐振腔，激光由激光器谐振腔输出镜输出至谐振腔外。本发明能够实现泵浦光和激光的自然分离，避免了偏振器件带来的腔内传输损耗，并且对泵浦光的偏振特性不再要求，可有效提高DPAL系统的整体电光效率。

技术领域

本发明属于半导体泵浦碱金属蒸气激光器领域，涉及一种具有V型泵浦结构的半导体激光泵浦碱金属激光器系统。

背景技术

半导体激光泵浦碱金属激光器(Diode Pumped Alkali Vapor Laser,DPAL)是近年来迅速发展的新型高效激光器。它兼有固体激光器和化学激光器的优点，具有量子效率高、热管理性能优良、线宽窄等优点，有望实现高功率高光束质量的近红外激光输出，在激光干扰、激光武器、激光冷却、定向能量传输、材料处理及医疗磁共振成像系统等方面有广泛的应用前景。DPAL是一种典型的三能级激光器，其主要增益介质为钾(K)、铷(Rb)和铯(Cs)蒸气。这三种增益介质原子具有相似的能级结构。如图1所示，处于碱金属原子基态E0能级的电子受激吸收泵浦光后跃迁至激发态E2能级，并弛豫至E1能级，当E1能级和E0能级形成粒子数反转后将产生受激辐射光。在此过程中，为加快电子的弛豫速度，通常需要充入一定的小分子烷烃类气体作为缓冲气体，如甲烷，乙烷等。在DPAL中，多普勒展宽后的碱金属原子吸收线宽通常比半导体激光泵浦源的线宽一般比小3-4个数量级，为实现高效率的激光输出，需要解决半导体激光线宽和碱金属原子吸收线宽的不匹配问题。在实际激光器设计中，常常采用以下两种方法：一种是将半导体激光的输出线宽进行压窄；另一种是充入高压强的缓冲气体(氦气或烷烃类气体)通过气体碰撞展宽碱金属原子的吸收线宽。

在DPAL中，增益介质分别采用K、Rb和Cs蒸气时，对应的泵浦光和激光的中心波长差分别为42.2nm，14.7nm和3.4nm。可见泵浦波长和激光波长非常接近，采用常规的镀膜的方法难以将泵浦光和激光分开，因此在端面泵浦的DPAL中，目前通常利用偏振分光棱镜(Polarization Beam Splitter,PBS)实现两种激光的偏振分离。但采用偏振分光的方法会带来两方面的问题，一方面偏振元器件的插入不可避免的会增加谐振腔的传输损耗，影响激光器的输出效率；另一方面，采用偏振分光时要求泵浦光为线偏振光，而常规的半导体泵浦光并不是完全的线偏振光，在将其转换为线偏振光的过程中会存在一定的能量损失，这将最终影响到DPAL系统的电光效率。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：针对现有技术存在的不足之处，提供一种具有V型泵浦结构的半导体激光泵浦碱金属激光器系统，在这种V型泵浦的DPAL中，泵浦光传输方向和激光输出方向不在同一光轴上，在激光的传播方向上排除泵浦光的干扰，从而避免使用PBS，并且对泵浦光不再有线偏振特性的要求。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种具有V型泵浦结构的半导体激光泵浦碱金属激光器系统，其包括：泵浦光源1、碱金属蒸气池3、温度控制系统4和激光器谐振腔输出镜5；泵浦光源1出射泵浦光，泵浦光相对于碱金属蒸气池3的轴向方向斜向入射至碱金属蒸气池3的前端面；温度控制系统4贴近碱金属蒸气池3的后端面布置，用于使碱金属蒸气池3内的温度保持稳定；激光器谐振腔输出镜5垂直于碱金属蒸气池轴向方向布置，激光器谐振腔输出镜5与碱金属蒸气池3后端面组成激光器的谐振腔，激光由激光器谐振腔输出镜5输出至谐振腔外，实现激光和泵浦光在传播方向上不同轴，在空间上自然分离。

其中，还包括：光束匀化准直系统2，包括透镜和导光管，实现泵浦光在入射进碱金属蒸气池3前进行强度匀化处理。