[发明专利]一种用于氢气遥感探测的窄线宽、快速调谐2120nm激光光源

说明书

本发明涉及一种用于氢气遥感探测的窄线宽、快速调谐2120nm激光光源，包括沿光路依次设置的泵浦源、准直聚焦系统和谐振腔，谐振腔包括输入镜、非线性光学晶体、F‑P标准具和VBG；泵浦源输出的泵浦光经过聚焦系统、输入镜后聚焦到非线性光学晶体上，对非线性光学晶体进行泵浦，在谐振腔内形成光振荡，产生信号光和闲频光；依次利用F‑P标准具和VBG锁定信号光并对信号光的线宽进行压缩，使得信号光在谐振腔内振荡而不输出，谐振腔只输出2120nm的闲频光。本发明提供的激光光源能够高功率、窄线宽的输出2120nm闲频光，且能实现快速调谐，满足氢气遥感探测的需求。

技术领域

本发明涉及一种用于氢气遥感探测的窄线宽、快速调谐2120nm激光光源，属于全固态激光器技术领域。

背景技术

环境中的气体分子成分具有典型的特征吸收峰，根据这一特点结合激光吸收光谱技术，可以高灵敏度检测气体种类及浓度。激光器因具有宽调谐、窄线宽、相干性强等优点，广泛用作气体探测产品的光源。

氢气作为一种清洁能源在生产、生活中有着广泛的应用，氢气易燃易爆的物理特性使得在制氢过程中必须严格检测氢气泄漏以及环境中氢气的含量。然而目前检测氢气浓度方法一般采用物理方法，该方法操作复杂，灵敏度低。基于激光光谱技术的氢气遥感探测方式具有非接触测量、灵敏度高特点。这种技术需要激光器的线宽窄、快速调谐以及功率高。根据氢气分子吸收光谱曲线特征，氢气分子在2120nm具有较强的吸收峰。

但目前的半导体激光器在该波段尚不成熟，输出功率非常低(6mW)并且价格非常昂贵，难以满足遥感探测激光光源指标。相比于半导体激光器，固体激光器如利用Ho:YAG等增益介质可以直接产生高功率的2120nm的激光，然而难以实现窄线宽、高速调谐激光运转，使得实时监测效率大为降低。因此，发明窄线宽、快速调谐的高功率2120nm激光器变得非常有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种用于氢气遥感探测的窄线宽、快速调谐2120nm激光光源，采用DFB激光器或基于DFB种子源放大的窄线宽光纤激光器泵浦非线性光学晶体产生光参量振荡，通过优化单谐振光参量谐振腔结构，利用体布拉格光栅(VBG)和法布里-珀罗(F-P)标准具锁定信号光波长并进一步压缩信号光线宽，最终实现高功率(＞5W)、窄线宽(＜30MHz)的2120nm闲频光输出。同时，结合电调控对泵浦光波长进行快速调谐，进而实现2120nm波长的快速调谐，满足氢气遥感探测的需求。

术语解释：

1.DFB激光器：DFB(Distributed Feedback Laser)激光器，即分布式反馈激光器。

2.VBG：体布拉格光栅。

3.F-P标准具：法布里-珀罗(Fabry-Perot)标准具。

本发明的技术方案为：

一种用于氢气遥感探测的窄线宽、快速调谐2120nm激光光源，包括沿光路依次设置的泵浦源、准直聚焦系统和谐振腔，谐振腔包括输入镜、非线性光学晶体、F-P标准具和VBG；

所述泵浦源的工作波长为700-980nm；所述非线性光学晶体为周期极化的光学超晶格晶体，所述光学超晶格晶体的周期为20-29μm，所述光学超晶格晶体的温度控制在30-230℃；

泵浦源输出的泵浦光经过聚焦系统、输入镜后聚焦到所述非线性光学晶体上，对所述非线性光学晶体进行泵浦，在所述谐振腔内形成光振荡，根据光参量能量守恒关系1/λp＝1/λs+1/λi，λp表示泵浦光的波长，λs表示信号光的波长，λi表示闲频光的波长，产生信号光和闲频光；依次利用F-P标准具和VBG锁定信号光并对信号光的线宽进行压缩，使得信号光在谐振腔内振荡而不输出，谐振腔只输出2120nm的闲频光。