[發(fā)明專利]一種三波長(zhǎng)堿金屬蒸氣激光器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711084003.8
• 申請(qǐng)日: 2017-11-07
• 公開（公告）號(hào): CN107800037A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王順艷;王浟;蔡和;安國(guó)斐;韓聚洪;張偉;余航;榮克鵬;王宏元
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西南技術(shù)物理研究所
• 主分類號(hào): H01S3/227
• 分類號(hào): H01S3/227;H01S3/0941;H01S3/10
• 代理公司: 中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)公司專利中心11011
• 代理人: 劉二格

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于堿金屬蒸氣激光器領(lǐng)域，涉及一種三波長(zhǎng)堿金屬蒸氣激光器。

背景技術(shù)

自從半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器(Diode-Pumped Al鉀ali Laser,DPAL)的概念于2001年被首次提出以來(lái)，DPAL獲得了廣泛關(guān)注和迅速發(fā)展。DPAL兼具傳統(tǒng)氣體激光器和固體激光器的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)規(guī)避了其缺點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)極具潛力的新型高功率激光器的最佳選擇之一。其主要優(yōu)點(diǎn)包括：斯托克斯效率高，廢熱沉積少；氣體介質(zhì)循環(huán)流動(dòng)，散熱性好；氣體介質(zhì)無(wú)毒，易于管理操作；氣體介質(zhì)折射率的溫度變化系數(shù)小，所得光束質(zhì)量好；近紅外光譜，大氣透過(guò)性好；結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、易于集成、且環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)等。基于上述優(yōu)勢(shì)，DPAL在科學(xué)研究、航空航天、工業(yè)加工、醫(yī)療衛(wèi)生和國(guó)防軍事等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。尤其在軍事方面，DPAL可應(yīng)用于激光測(cè)距、激光雷達(dá)、激光通訊、光電對(duì)抗以及軍事防御等領(lǐng)域。2010年，美國(guó)軍方將DPAL作為未來(lái)兆瓦級(jí)高能激光的首選方案；2012年，美國(guó)將DPAL納入其彈道導(dǎo)彈防御規(guī)劃項(xiàng)目。近年來(lái)，美國(guó)更是明確將DPAL作為其“定向能研究”(DER)項(xiàng)目的優(yōu)先發(fā)展技術(shù)。

DPAL主要以堿金屬原子(鉀、或銣、或銫)的飽和蒸氣作為工作物質(zhì)，并添加甲烷、或乙烷、或丙烷等單獨(dú)大分子碳?xì)浠衔餁怏w，或是這些氣體與氦氣組成的混合氣體作為緩沖氣體，來(lái)展寬堿金屬原子泵浦吸收譜線寬和加快其精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)間的弛豫速率。堿金屬原子最外層價(jià)電子具有相似的能級(jí)結(jié)構(gòu)，且能級(jí)間通過(guò)粒子的躍遷實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和激光發(fā)射，如圖1所示，n₂S_1/2→n₂P_3/2的泵浦吸收躍遷，n₂P_3/2→n₂P_1/2的電偶極禁戒躍遷，以及滿足粒子束反轉(zhuǎn)條件時(shí)，產(chǎn)生的n₂P_1/2→n₂S_1/2的激光躍遷。

隨著高新技術(shù)對(duì)高效且多樣化激光光源的進(jìn)一步需求，激光器也在不斷尋求發(fā)展創(chuàng)新，其中值得關(guān)注的就有多波長(zhǎng)激光器。目前，多波長(zhǎng)激光器在光通訊、光計(jì)算、精細(xì)激光光譜、激光彩色打印、干涉彩虹全息、光動(dòng)力學(xué)醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、激光雷達(dá)、激光遙感和光電對(duì)抗等重要領(lǐng)域的需求越來(lái)越迫切。事實(shí)上，在傳統(tǒng)的固體和光纖激光領(lǐng)域，多波長(zhǎng)激光器已經(jīng)有一定發(fā)展，但這些多波長(zhǎng)固體和光纖激光器因自身仍存在著不同程度的缺陷，難以實(shí)現(xiàn)高功率多波長(zhǎng)激光的同時(shí)輸出。DPAL擁有優(yōu)于固體及光纖激光器的許多突出優(yōu)勢(shì)，例如可采用在時(shí)域上具有不同輸出類型或調(diào)制方式的泵浦，在同一個(gè)諧振腔內(nèi)可同時(shí)泵浦不同的堿金屬介質(zhì)而所產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的受激光子互不影響。因此，構(gòu)建多波長(zhǎng)輸出的DPAL，將在很大程度上彌補(bǔ)多波長(zhǎng)固體和光纖激光器的不足，在未來(lái)高功率激光領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

綜上所述，本發(fā)明提出在同一個(gè)諧振腔內(nèi)同時(shí)以三種堿金屬(鉀、銣和銫)原子的飽和蒸氣作為工作物質(zhì)的一種三波長(zhǎng)堿金屬蒸氣激光器。

發(fā)明內(nèi)容

(一)發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是：避免傳統(tǒng)多波長(zhǎng)固體和光纖激光器的缺陷，充分發(fā)揮在同一個(gè)諧振腔內(nèi)可同時(shí)泵浦不同的堿金屬介質(zhì)而所產(chǎn)生的不同波長(zhǎng)的受激光子互不影響的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)了一種在同一諧振腔內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)三波長(zhǎng)輸出的堿金屬蒸氣激光器。該種激光系統(tǒng)的關(guān)鍵是三種波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光光源分別泵浦充入鉀、銣和銫介質(zhì)的三個(gè)相互獨(dú)立的蒸氣池。當(dāng)激光器穩(wěn)定工作時(shí)，三種不同波長(zhǎng)的受激光子在同一個(gè)諧振腔內(nèi)同時(shí)振蕩，可形成三種不同波長(zhǎng)的激光輸出。

(二)技術(shù)方案