[实用新型]一种基于分立式齿轮状蒸气池结构的三波长碱金属蒸气激光器

说明书

本实用新型公开了一种基于分立式齿轮状蒸气池结构的三波长碱金属蒸气激光器，包括：三个独立的齿轮状密闭碱金属蒸气池、三套温控系统、三个泵浦源、三个时域调制器、三套泵浦耦合系统以及一个光学谐振腔；每个齿轮状密闭碱金属蒸气池内分别充入钾、铷和铯介质中的一种以及缓冲气体；每个温控系统设置在一个齿轮状碱金属蒸气池外部，用于控制该碱金属蒸气池的工作温；每个泵浦源的输出激光中心波长与一种碱金属介质的中心吸收波长相对应；每个时域调制器可用于对一路连续泵浦光进行一定频率的时域调制；泵浦耦合系用于将泵浦光耦合进碱金属蒸气池内；光学谐振腔包括输出耦合镜和全反镜。本实用新型结构紧凑、原理简单、防干扰性强。

技术领域

本实用新型属于碱金属蒸气激光器领域，涉及一种基于分立式齿轮状蒸气池结构的三波长碱金属蒸气激光器。

背景技术

自从半导体泵浦碱金属蒸气激光器(Diode-Pumped Al钾ali Laser,DPAL)的概念于2001年被首次提出以来，DPAL获得了广泛关注和迅速发展。DPAL兼具传统气体激光器和固体激光器的优势，同时规避了其缺点，被认为是未来极具潜力的新型高功率激光器的最佳选择之一。其主要优点包括：斯托克斯效率高，废热沉积少；气体介质循环流动，散热性好；气体介质无毒，易于管理操作；气体介质折射率的温度变化系数小，所得光束质量好；近红外光谱，大气透过性好；结构紧凑、体积小、重量轻、易于集成、且环境适应能力强等。基于上述优势，DPAL在科学研究、航空航天、工业加工、医疗卫生和国防军事等领域具有巨大的应用价值。尤其在军事方面，DPAL可应用于激光测距、激光雷达、激光通讯、光电对抗以及军事防御等领域。2010年，美国军方将DPAL作为未来兆瓦级高能激光的首选方案；2012年，美国将DPAL纳入其弹道导弹防御规划项目。近年来，美国更是明确将DPAL作为其“定向能研究”(DER)项目的优先发展技术。

DPAL主要以碱金属原子(钾、或铷、或铯)的饱和蒸气作为工作物质，并添加甲烷、或乙烷、或丙烷等单独大分子碳氢化合物气体，或是这些气体与氦气组成的混合气体作为缓冲气体，来展宽碱金属原子泵浦吸收谱线宽和加快其精细结构能级间的弛豫速率。碱金属原子最外层价电子具有相似的能级结构，且能级间通过粒子的跃迁实现能量转换和激光发射，如图1所示，n₂S_1/2→n₂P_3/2的泵浦吸收跃迁，n₂P_3/2→n₂P_1/2的电偶极禁戒跃迁，以及满足粒子束反转条件时，产生的n₂P_1/2→n₂S_1/2的激光跃迁。

随着高新技术对高效且多样化激光光源的进一步需求，激光器也在不断寻求发展创新，其中值得关注的就有多波长激光器。目前，多波长激光器在光通讯、光计算、精细激光光谱、激光彩色打印、干涉彩虹全息、光动力学医疗、环境监测、激光雷达、激光遥感和光电对抗等重要领域的需求越来越迫切。事实上，在传统的固体和光纤激光领域，多波长激光器已经有一定发展，但这些多波长固体和光纤激光器因自身仍存在着不同程度的缺陷，难以实现高功率多波长激光的同时输出。DPAL拥有优于固体及光纤激光器的许多突出优势，例如可采用在时域上具有不同输出类型或调制方式的泵浦，在同一个谐振腔内可同时泵浦不同的碱金属介质而所产生的不同波长的受激光子互不影响。因此，构建多波长输出的DPAL，将在很大程度上弥补多波长固体和光纤激光器的不足，在未来高功率激光领域有着巨大的发展潜力。

一般说来，对于固体激光器而言，很难使用同一谐振腔同时输出三种调制方式的三波长激光。相反，DPAL以碱金属饱和蒸气作为增益介质，当三种不同的碱金属介质处于同一谐振腔内时，在受到不同泵浦光作用条件下，所产生的三种波长的激光是相互独立的。因此，我们可通过时域调制器对三路泵浦光分别进行时域调制，从而使泵浦光为连续、或脉冲激光，来激励三种碱金属介质，从而实现三波长连续、或三波长脉冲、或三波长混合连续-调制的激光输出。