[实用新型]分立式齿轮状蒸气池的双波长连续输出碱金属蒸气激光器

说明书

本实用新型公开了一种分立式齿轮状蒸气池的双波长连续输出碱金属蒸气激光器，包括：两个齿轮状密闭碱金属蒸气池，其内分别装入了不同种类的碱金属介质，以及同种或不同种类的缓冲气体；两套温控系统，分别布置在两个密闭碱金属蒸气池外部，用于分别控制两个密闭碱金属蒸气池的工作温度；两个泵浦源，分别与两个碱金属蒸气池对应，且各泵浦源输出激光的中心波长与对应碱金属蒸气池内碱金属介质的泵浦吸收波长一一对应；一套泵浦耦合系统，其用于将两束泵浦光耦合进两个密闭碱金属蒸气池内；光学谐振腔一套，包括全反镜和输出耦合镜，置于碱金属蒸气池外部。本实用新型结构工艺简单、防干扰性强、为双波长激光器的实现提供了新思路。

技术领域

本实用新型属于碱金属蒸气激光器技术领域，涉及一种基于分立式齿轮状蒸气池结构的双波长连续输出碱金属蒸气激光器。

背景技术

2001年，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的W.F.Krupke教授等人首次提出半导体泵浦碱金属蒸气激光器(Diode-Pumped Alkali Laser,DPAL)的概念，并于2003年采用钛宝石激光器作为泵浦源，首次验证了铷激光输出，从此拉开了DPAL发展的序幕。过去十几年，DPAL获得了广泛关注和迅速发展，其原因是，DPAL兼具固体和气体激光器的优势，在未来高功率激光领域表现出了巨大的发展潜力。相比于传统的的高功率激光器，DPAL具有许多突出优势，例如：

(1)斯托克斯效率高，废热沉积少；

(2)气体介质无毒，且循环流动散热性好；

(3)光束质量好；

(4)近红外光谱，大气透过性好；

(5)结构紧凑、体积小、重量轻、且环境适应能力强。

由于具有上述诸多优势，DPAL在工业、军事、科学研究、航空航天和医疗卫生等领域都有着巨大的应用潜力。

DPAL的核心是碱金属(如，钾(K)、铷(Rb)和铯(Cs))蒸气介质。这三种介质元素均具有相似的三能级结构，且其原子最外层价电子可通过能级跃迁来实现激光发射，例如，在n²S_1/2→n²P_3/2(D₂线)之间实现泵浦跃迁，在n²P_3/2→n²P_1/2之间实现电偶极禁戒跃迁和在n²P_1/2→n²S_1/2(D₁线)实现激光跃迁。此外，介质中往往还通过加入缓冲气体来加快精细结构能级间的弛豫速率，并展宽泵浦吸收线宽。

过去十几年，科学家在碱金属蒸气激光器领域已开展了大量的研究工作，各种类型的碱金属蒸气激光器层出不穷，但我们发现，这些碱金属蒸气激光器中的大部分都限于单一波长激光输出，双波长激光输出的碱金属蒸气激光器至今还极为稀少。事实上，双波长激光器越来越成为许多领域的迫切需求，例如，在光通讯、光计算、精细激光光谱、干涉彩虹全息、激光彩色打印、光动力学医疗、环境监测、光电对抗、激光雷达和激光遥感等重要领域，一些新型复杂技术都需要双波长激光器作为光源。此外，目前研究最多的双波长激光器主要在固体和光纤激光器领域，但这些双波长固体激光器和光纤激光器都存在着一些固有缺陷。例如，目前的双波长固体激光器中，基于基频光和基频光的频率变换光同时振荡的双波长激光器，其各波长之间具有严格的相位和频率关系，很难对波长进行单独调制；基于选频器件和偏振器件的双波长激光器对器件和工艺水平要求较高；基于激光介质发射谱多个发射峰的双波长激光器的波长间隙太小；基于多掺杂的双波长激光器，可能会存在着较为明显的交叉弛豫，易发生浓度淬灭，且结构复杂，稳定性差。其次，目前的双波长光纤激光器中，基于梳状滤波器、频移器、光纤非线性效应的双波长光纤激光器，其结构复杂、成本高且稳定性差；基于级联光栅选频的双波长激光器，其稳定性和可调谐性都较差。