[发明专利]一种调制纵模全固态和频钠信标激光器

说明书

本发明涉及一种调制纵模全固态和频钠信标激光器，属于全固态和频钠信标激光器技术领域，包括光轴相互平行的1064nm激光组件和1319nm激光组件以及调制组件，所述调制组件包括电光相位调制器和白噪声源，本发明采用白噪声源作为电光相位调制器的驱动源，所获取的调制纵模在频域上具有高占空比连续展宽的优点，其能激发的钠原子速度群数量相较于单纵模激光可增加约2个量级，相较于多纵模激光可增加约1个量级，从而实现高功率钠信标激光器高效率回光产生与探测。

技术领域

本发明属于全固态和频钠信标激光器技术领域，具体地说涉及一种调制纵模全固态和频钠信标激光器。

背景技术

当589nm黄光激光照射距离地面高度90km～100km的大气中圈钠层时，将产生较强的后向共振散射回光，它可以为自适应光学系统提供人造导引星——钠信标。基于1064nm与1319nm两束全固态近红外激光和频，是产生钠信标激光器的有效途径，我们可以把该类型激光器称之为全固态和频钠信标激光器。为了提高钠导星的回光效率和回光亮度，需将全固态和频钠信标激光器的中心波长及线宽与钠原子最强吸收线D2线匹配，即需要精确控制1064nm与1319nm两束基频激光的中心波长和线宽。

钠原子D2吸收线包括D2a线(真空波长589.15905nm)和D2b线(真空波长589.15709nm)两个峰值，两者频率相差1.772GHz，共振吸收散射截面之比为5：3，自然线宽为10MHz，并且由于多普勒效应D2a线与D2b线均展宽至约1.2GHz，整个D2吸收线展宽为半峰全宽约3GHz的双驼峰状光谱。因此，钠信标激光器的中心波长通常设计对准D2a线，线宽小于3GHz。由于中心波长与线宽均与激光器纵模密切相关，因此，钠信标激光器与普通全固态激光器的一个重要区别就是要求对其纵模进行精确控制。

纵模通常分为单纵模与多纵模两种结构，当前国内外全固态和频钠信标激光器的纵模大多为该两种结构。其中，单纵模钠信标激光器的线宽通常远小于钠原子自然线宽(10MHz)，其优点是仅有一个纵模，可将激光波长调谐对准钠原子吸收谱的最强吸收峰，获取最大的共振吸收散射截面；缺点是只能激发一个速度群的钠原子，当钠信标激光器光强增大时极易发生吸收饱和(饱和光强阈值62.4W/m2)。多纵模钠信标激光器的线宽通常为GHz量级，包含数个至数十个纵模，这些纵模以固定的频率间隔呈现梳状离散分布，它与单纵模钠信标激光相比，可以激发更多速度群的钠原子，在高亮度钠信标激光器激发钠原子时的吸收饱和效应可以得到一定缓解。上述两种纵模结构的钠信标激光器在国内外许多天文台中获得了成功应用，但所获得的钠导星亮度最高仅约4.7等星(主要原因是发射的钠信标激光器功率较低)，因此制约着钠信标激光器只能在晴朗的夜晚时候应用。

近年以来，随着高功率全固态和频钠信标激光器的迅猛发展，天文自适应光学系统向白天强背景或较差大气透过率等场景应用逐渐成为可能，但由于这些高功率全固态和频钠信标激光器到达钠层时的光强超出了普通单纵模激光器饱和阈值的数十倍乃至数百倍，上述已有的两种纵模结构均存在严重的缺陷：单纵模激光只能激发一个速度群的钠原子，当钠信标激光器功率较高时，大气层钠原子将处于严重饱和状态，导致回光光子数较少；多纵模激光包含数个至数十个纵模，虽然其可以激发更多速度群的钠原子，在一定程度上提高了饱和光强阈值，但其所激发的钠原子的速度群数量相对于整个D2线多普勒展宽光谱拥有的速度群数量(超过300个)相差甚大，仍未有效解决饱和效应，从而无法保障获取高亮度高效率钠信标回光。

发明内容