[發明專利]衛星測距用kHz綠光皮秒激光器

無效

• 申請號: 201310192304.8
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN103296577A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 李港;陳檬
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/10;H01S3/109
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明是基于衛星測距用全固態皮秒激光器，包括半導體激光二極管（LD）泵浦的Nd:YVO₄SESAM鎖模皮秒激光器、LD泵浦的Nd:YAG再生放大器以及將1064nm波長轉換為532nm的倍頻器，激光器工作頻率1-2千赫茲（kHz），激光脈寬小于20皮秒（ps）。

背景技術

衛星激光測距（Satellite?Laser?Ranging,SLR）是上世紀60年代初期由美國宇航局（NASA）發起的一項旨在利用空間技術來研究地球動力學、大地測量學、地球物理學和天文學等的技術手段，也是天文地球動力學一項重要觀測手段。衛星測距用激光器經歷了從納秒（ns）脈寬的調Q激光器到皮秒脈寬（ps）的鎖模激光器，測距精度從米級提高到厘米級；重復頻率從10赫茲（Hz）到幾百赫茲；從燈泵浦到半導體激光泵浦。目前kHz皮秒激光器作為衛星測距系統激光光源是精度最高、回波數據量最大的一種衛星測距用激光光源，其衛星測距精度可達毫米量級，地球衛星定軌精度可達厘米量級。。

發明內容

本發明提供了一種衛星測距用kHz皮秒激光器，其包括：

衛星測距用kHz綠光皮秒激光器，包括：

全固態Nd:YVO₄-SESAM鎖模激光器單元，用于產生重頻在50～80MHz、激光脈沖寬度10～20ps、單脈沖能量大于等于1nJ的皮秒種子光；

全固態kHz?Nd:YAG再生放大器單元，用于實現對皮秒種子光能量的放大，工作頻率1-2kHz；

倍頻單元，用于將1064nm波長變換為532nm波長。

全固態Nd:YVO₄-SESAM鎖模激光器單元輸出一串小能量皮秒激光脈沖作為衛星測距kHz皮秒激光器種子光，通過全固態kHz?Nd:YAG再生放大器單元將其放大到2-3mJ,再通過倍頻單元實現平均功率1-2W、重復頻率1-2kHz、波長532nm的皮秒激光脈沖輸出。

所述全固態Nd:YVO₄-SESAM鎖模激光器單元包括沿著光路依次設置的激光二極管1、自聚焦透鏡2、激光晶體A3、腔鏡單元，激光二極管1和激光晶體A3通過半導體制冷器控制溫度，控溫精度小于±0.2°C。

所述全固態Nd:YVO₄-SESAM鎖模激光器中腔鏡單元包括沿振蕩光方向依次設置的凹面反射鏡A14、平面反射鏡A15、平面輸出鏡6、平面反射鏡A27、凹面反射鏡A28和SESAM鎖模元件9；平面輸出鏡6輸出種子光，凹面反射鏡A14和凹面反射鏡A28入射光反射光之間夾角小于8°，平面反射鏡A15和平面反射鏡A27入射光反射光之間夾角小于20°，凹面反射鏡A14距激光晶體A3的距離等于凹面反射鏡A14的曲率半徑，凹面反射鏡A28距SESAM鎖模元件9的距離等于凹面反射鏡A28的曲率半徑。

所述全固態Nd:YVO₄-SESAM鎖模激光器單元輸出光偏振態為水平偏振光。

所述全固態kHz?Nd:YAG再生放大器單元沿光路依次設置的由偏振片B112、半波片13、法拉第旋光器14、偏振片B215、四分之一波片B116、普克爾盒17、凸面反射鏡B118，光經凸面反射鏡B118的反射反射回路上沿依次設置普克爾盒17、四分之一波片B116、偏振片B215、偏振片B319、增益單元20、四分之一波片B221、光闌22和凸面反射鏡B223，偏振片B112、B215、B319按入射角等于56°±1°放置，半波片光軸與水平偏振入射光電矢量振動面夾角成22.5°角放置，四分之一波片B116光軸與水平偏振入射光電矢量振動面成45°角放置，四分之一波片B221光軸與垂直偏振入射光電矢量振動面成0°角放置，全固態Nd:YVO₄-SESAM鎖模激光器單元輸出的水平偏振種子光經45°反射鏡A10和45°全反鏡B11反射進入全固態kHzNd:YAG再生放大器單元，偏振片B112將再生放大光導出。

所述增益單元20由脈沖1-2kHz半導體激光巴條20a和激光晶體B20b構成，激光晶體B20b位于半導體激光巴條20a中心，半導體激光巴條20a按120°角或60°角分布放置，增益單元由循環水冷卻并控溫，控溫精度小于±0.5°C。

所述再生放大器諧振腔是由凸面反射鏡B118和凸面反射鏡B223構成的雙凸反射鏡腔。

所述倍頻單元由沿光路依次設置的45反射鏡B24、LBO倍頻晶體、45°透-反鏡C126和45°透-反鏡C227構成。