[发明专利]窄线宽多波长纳秒单频脉冲激光器

说明书

一种窄线宽多波长纳秒单频脉冲激光器。主要包括光纤放大器、固体放大器、光学参量振荡器、光学参量放大器和倍频合束五部分组成。本发明具有窄线宽、高脉冲能量、多波长、结构紧凑、效率高和稳定性好等特点，适用于激光雷达、激光遥感、大气环境污染探测、光电对抗等领域。

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及窄线宽、多波长、高能量单频脉冲激光器。

背景技术

1.3～1.7μm是光学波段中的非常重要的大气窗口。在1.5μm波段存在大气中二氧化碳、甲烷等温室气体的吸收峰，基于差分吸收激光雷达技术可以精确测量大气中的二氧化碳、甲烷等温室气体的浓度，该方法可提供柱状浓度，不受天气的干扰，时空分辨率高。基于532nm高光谱探测可以精确测量大气中的云、气溶胶颗粒粒径。因此该多波长高能脉冲激光器可实现对全球CO₂柱线浓度、气溶胶垂直廓线、云的垂直分布等大气环境参数测量。为CO₂源和汇的确定提供量化的科学数据，加强碳循环对气候变化自然成分反馈的预测能力。通过观测大气气溶胶、云的光学特性，了解它们在调节地球天气、气候和环境变化中的作用，为空气质量预报提供重要监测数据。

激光放大技术是目前能量提升的最普遍的方法，但是，考虑到激光器能量大、多波长等技术要求，同时又要求可靠性和长寿命等特点，传统的振荡放大技术由于主振荡器的模式跳变和不稳定带来脉冲形状抖动、频率成拍等现象在高能量放大过程中易于出现晶体和光学器件损伤，导致激光器的失效和性能下降。其次，振荡器脉冲宽度调节较为困难，因为决定脉冲宽度的腔长基本上不可改变的。较长的腔长在结构紧凑、稳定性方面带来了一定的问题。最后，振荡器的频率稳定性由纵模的频率稳定性决定的，从动腔纵模频率相对种子光频率有一个随机抖动，导致其频率稳定性相比种子频率稳定性差。获取1.5微米附近高能激光主要通过拉曼频移、光学参量振荡放大。拉曼频移介质通常为气体，可靠性差。难以满足对于能量大、多波长、可靠性和长寿命要求的激光遥感、环境探测等领域的需求。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术缺点，提出一种基于光纤固体级联放大获得1微米脉冲激光之后通过光学参量振荡、级联参量放大获得高能量、窄线宽、多波长脉冲激光输出。该激光器通过对连续种子激光波形调制和脉冲放大，确保了放大后的脉冲激光和连续种子激光具有很好的频率一致性。在参量振荡和放大过程中，由于参量振荡器的延时导致泵浦光和信号光的时域交错，造成放大效率的降低，通过光纤长度的增加和减小即可实现时域对准。同时该激光器可以灵活地控制输出脉冲的重频、脉冲形状，还可以实现脉冲串，根据需要灵活调节。结构紧凑、可靠性高、系统稳定、参数调节灵活、能够适应较苛刻的工作环境。特别适合对于可靠性、长寿命要求较高的星载环境应用。

本发明的技术解决方案如下：

窄线宽多波长纳秒单频脉冲激光器，包括：光纤放大器1、固体脉冲放大器2、光学参量振荡器3、光学参量放大器4和倍频合束模块5；

所述的光纤放大器1包括第一种子激光器1-1、第一隔离器1-2、声光调制器1-3、单模预放光纤1-4、隔离滤波分束器1-6、两个单模主放光纤1-7、两个单模主放泵浦LD1-8和两个准直器1-9，以及给所述单模预放光纤1-4提供增益的单模预放泵浦LD1-5，给所述单模主放光纤1-7提供增益的单模主放泵浦LD1-8；

所述的固体放大器2包括第一光学隔离器2-1、第一半波片2-2、第一前放大器2-3、第一预放大器2-4、第二光学隔离器2-1-2、第二半波片2-2-2、第二前放大器2-3-2、第二预放大器2-4-2、功率放大器一级2-5、第一补偿镜组2-6、功率放大器二级2-7、第二补偿镜组2-8、功率放大器三级2-9和第三补偿镜组2-10；