CN114122881A - 一种双波长同轴可控切换输出的激光*** - Google Patents

一种双波长同轴可控切换输出的激光*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双波长同轴可控切换输出的激光***，包括谐振腔、45°反射镜、双色镜和电动挡片结构；谐振腔上设有波长λ1出光口和波长λ2出光口；波长λ1出光***出的光经45°反射镜和双色镜反射后射出输出λ1激光；从波长λ2出光***出的激光透过双色镜后射出输出λ2激光，与输出λ1激光同轴；波长λ1出光口至45°反射镜之间的光路为光路1，波长λ2出光口至双色镜之间的光路为光路2，电动挡片结构用于改变光路1和光路2的通断状态；在谐振腔中依次包括第一腔镜、调Q***、偏振元件、泵浦模块、折叠反射镜A、折叠反射镜B、波长转换晶体和第二腔镜，两折叠反射镜B呈90°。本技术方案结构紧凑、激光切换速度快，可靠性高。

Description

一种双波长同轴可控切换输出的激光***
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种双波长同轴可控切换输出的激光***。
背景技术
双波长自由切换的固体激光器可根据不同的需求切换输出两种波长的激光，输出方式一般分为三种形式：单输出波长λ1的激光，单输出波长λ2的激光，同时输出波长λ1和波长λ2的激光。双波长自由切换的固体激光器在激光测距、红外对抗、激光雷达、环境检测、材料加工等领域有着极为广阔的应用前景。
目前，在双波长切换输出方面，常用的方案包括如下所述的几种方式，且分别存在着各自的缺陷：
（1）通过手动拆换非线性晶体改变激光输出波长。此种方式通过手动操作，变换速度非常慢。
（2）通过电动机构带动非线性晶体移入和移出光路，改变激光输出波长。此种方式通过电动机构带动非线性晶体的位移发生变化，电动机构的运行本身存在误差，可靠性较差，且切换速度较慢。
（3）通过控制是否在电光晶体中施加高压来控制第一种波长激光的偏振态，然后利用偏振分光元件实现第一种波长激光传输方向的切换，进而使第一种波长激光通过或者不通过非线性晶体实现波长转化，实现分别输出两种波长激光。此种方式中施加在电光晶体的高压易对其它电子元件造成干扰。
发明内容
本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种双波长同轴可控切换输出的激光***。
要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：包括谐振腔、45°反射镜、双色镜和电动挡片结构；45°反射镜和双色镜二者的反射面平行设置，谐振腔上设有波长λ1出光口和波长λ2出光口；从波长λ1出光***出的激光依次经45°反射镜和双色镜反射后射出，射出的光为输出λ1激光；从波长λ2出光***出的激光透过双色镜后射出，射出的光为输出λ2激光；输出λ1激光和输出λ2激光同轴；
从波长λ1出光口至45°反射镜之间的光路为光路1，从波长λ2出光口至双色镜之间的光路为光路2，电动挡片结构用于使光路1和光路2的状态为“通”或“断”；
在谐振腔中依次设有第一腔镜、调Q***、偏振元件、泵浦模块、折叠反射镜A、折叠反射镜B、波长转换晶体和第二腔镜，折叠反射镜A和折叠反射镜B二者的反射面呈90°设置；
泵浦模块用于产生波长为λ1的激光，波长为λ1的激光通过偏振元件之后成为偏振λ1激光，偏振λ1激光通过调Q***之后成为脉冲λ1激光，脉冲λ1激光中的第一部分透过第一腔镜经波长λ1出光***出；脉冲λ1激光中的第二部分被第一腔镜反射，反射之后依次透过调Q***、偏振元件和泵浦模块中的晶体棒，而后依次通过折叠反射镜A和折叠反射镜B的反射至波长转换晶体，脉冲λ1激光中的第二部分通过波长转换晶体之后成为了波长为λ2的激光，波长为λ2的激光透过第二腔镜经波长λ2出光***出。
进一步地，所述第一腔镜的镀膜特征为：使波长为λ1的光部分透过，使波长为λ2的光高反；所述第二腔镜的镀膜特征为：使波长为λ2的光部分透过，使波长为λ1的光高反；所述折叠反射镜A和折叠反射镜B的镀膜特征为：使波长为λ1的光和波长为λ2的光均高反。
进一步地，在所述光路2中设置滤光片，用于滤除波长为λ1的光。
进一步地，还包括指示光光源，指示光光源发出的光与输出λ1激光、输出λ2激光同轴，用于指示输出λ1激光、输出λ2激光的方向。
进一步地，所述指示光光源发出的光的波长范围为500-700 nm。
进一步地，还包括功率监测装置，功率监测装置的探头设置在双色镜处，用于通过检测泄露激光的能量从而得出输出λ1激光和/或输出λ2激光的能量。
进一步地，所述功率监测装置的探头为热释电型，通过检测激光照射到探头感光元件的热量来实现能量监测。
进一步地，所述调Q***的调Q方式为电光调Q、声光调Q、被动调Q中的一种。
进一步地，所述波长转换晶体为倍频晶体、光学参量振荡晶体、拉曼晶体中的一种。
进一步地，所述电动挡片结构包括电机和遮光片，遮光片固定在电机的输出轴上，电机的输出轴位于所述光路1和光路2之间，电机的输出轴转动90°时，遮光片使光路2的状态为“断”，同时光路1的状态为“通”；电机的输出轴转动-90°时，遮光片使光路1的状态为“断”，同时光路2的状态为“通”；电机的输出轴转动0°时，光路1和光路2的状态均为“通”。
本发明可以达到的有益效果为：
（1）通过电动挡片结构使光路1和光路2的状态为“通”或“断”，通过双色镜获得同轴的输出λ1激光和输出λ2激光，进而实现双波长激光同轴可控切换输出；
（2）采用折叠反射镜A和折叠反射镜B，使谐振腔成为折叠腔，可以大幅减小激光器尺寸，有利于提高激光器的紧凑性；
（3）切换输出的过程中不会对任何电子元件造成干扰；
（4）采用市售电机带动遮光片转动180°的时长小于1ms，切换速度非常快，可靠性高。
附图说明
图1是本发明实施例同时发射出输出λ1激光和输出λ2激光的状态示意图；
图2是本发明实施例发射出输出λ1激光的状态示意图；
图3是本发明实施例发射出输出λ2激光的状态示意图；
图中：1-第一腔镜，2-调Q***，3-偏振元件，4-泵浦模块，5-折叠反射镜A，6-折叠反射镜B，7-波长转换晶体，8-第二腔镜，9-滤光片，10-电动挡片结构，11-功率监测装置，12-双色镜，13-45°反射镜，14-指示光光源。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例
一种双波长同轴可控切换输出的激光***，包括谐振腔、45°反射镜13、双色镜12和电动挡片结构10；45°反射镜13和双色镜12二者的反射面平行设置，谐振腔上设有波长λ1出光口和波长λ2出光口；从波长λ1出光***出的激光依次经45°反射镜13和双色镜12反射后射出，射出的光为输出λ1激光；从波长λ2出光***出的激光透过双色镜12后射出，射出的光为输出λ2激光；输出λ1激光和输出λ2激光同轴。
从波长λ1出光口至45°反射镜13之间的光路为光路1，从波长λ2出光口至双色镜12之间的光路为光路2，电动挡片结构10用于使光路1和光路2的状态为“通”或“断”。
电动挡片结构10的具体结构为：包括电机和遮光片，遮光片固定在电机的输出轴上，电机的输出轴位于光路1和光路2之间，电机的输出轴转动90°时，遮光片使光路2的状态为“断”，同时光路1的状态为“通”；电机的输出轴转动-90°时，遮光片使光路1的状态为“断”，同时光路2的状态为“通”；电机的输出轴转动0°时，光路1和光路2的状态均为“通”。采用市售电机带动遮光片转动180°的时长小于1 ms，即光路切换时间小于1 ms，切换速度非常快，可靠性高。
在谐振腔中依次设有第一腔镜1、调Q***2、偏振元件3、泵浦模块4、折叠反射镜A5、折叠反射镜B6、波长转换晶体7和第二腔镜8，折叠反射镜A5和折叠反射镜B6二者的反射面呈90°设置。
泵浦模块4用于产生波长为λ1的激光，泵浦模块4具体为半导体激光器泵浦Nd:YAG晶体，λ1=1.06 μm，泵浦模块4的温控方式为半导体制冷片温控。
调Q***2包括DKDP电光Q开关和λ/4波片，调Q方式为电光调Q。
波长转换晶体7具体为光学参量振荡晶体KTP，波长转换晶体7的镀膜特征为对波长1.06 μm和1.57 μm的光增透，透过率大于99%，采用Ⅱ类非临界相位匹配（切割方向为θ=90°，φ=0°）。
泵浦模块4产生的波长为λ1的激光通过偏振元件3之后成为偏振λ1激光，偏振λ1激光通过调Q***2之后成为脉冲λ1激光，脉冲λ1激光射向第一腔镜1，【由于第一腔镜1对于脉冲λ1激光的透过率不是100%，这使得脉冲λ1激光被分为了两部分，分别为第一部分和第二部分，脉冲λ1激光中的第一部分具体指的是即将透过第一腔镜1的光，脉冲λ1激光中的第二部分具体指的是即将被第一腔镜1反射的光。】，脉冲λ1激光中的第一部分透过第一腔镜1经波长λ1出光***出；脉冲λ1激光中的第二部分被第一腔镜1反射，反射之后依次透过调Q***2、偏振元件3和泵浦模块4中的晶体棒，而后依次通过折叠反射镜A5和折叠反射镜B6的反射至波长转换晶体7，脉冲λ1激光中的第二部分通过波长转换晶体7之后成为了波长为λ2的激光，λ2=1.57 μm，波长为λ2的激光透过第二腔镜8经波长λ2出光***出。未通过波长λ1出光口和波长λ2出光***出的光，在谐振腔中振荡。
第一腔镜1的镀膜特征为：使波长为λ1的光部分透过，透过率为20%～30%；使波长为λ2的光高反，反射率大于99.8%。
第二腔镜8的镀膜特征为：使波长为λ2的光部分透过，透过率约为40%；使波长为λ1的光高反，反射率大于99.8%。
折叠反射镜A5和折叠反射镜B6的镀膜特征为：使波长为λ1的光和波长为λ2的光均高反，反射率大于99.8%。
双色镜12的镀膜特征为：使波长为λ1的光高反，反射率为90%～95%；使波长为λ2的光高透，透过率为90%～95%。
在光路2中设置滤光片9，用于滤除波长为λ1的光，滤光片9具体为窄带红外滤光片，中心波长1570 nm。
采用折叠反射镜A5和折叠反射镜B6，使谐振腔成为折叠腔，可以大幅减小激光器尺寸，有利于提高激光器的紧凑性；本实施例的谐振腔可以有效压缩波长为λ2的激光发散角。
还包括指示光光源14，指示光光源14发出的光与输出λ1激光、输出λ2激光同轴，用于指示输出λ1激光、输出λ2激光的方向；指示光光源14发出的光的波长范围为500-700 nm。
还包括功率监测装置11，功率监测装置11的探头设置在双色镜12处，用于通过检测泄露激光的能量，并结合双色镜12对波长为λ1和波长为λ2的光的反射率，计算得出输出λ1激光和/或输出λ2激光的能量。功率监测装置11的探头为热释电型，通过检测激光照射到探头感光元件的热量来实现能量监测。经检测，本实施例经双色镜12后最终得到的输出λ1激光的能量约为20 mJ，最终得到的输出λ2激光的能量约为5 mJ。
在本发明的描述中，“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”等指示方位或位置关系的词语，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述仅是本发明的其中一种实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思路的前提下所做出的若干改进和润饰均为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：包括谐振腔、45°反射镜（13）、双色镜（12）和电动挡片结构（10）；45°反射镜（13）和双色镜（12）二者的反射面平行设置，谐振腔上设有波长λ1出光口和波长λ2出光口；从波长λ1出光***出的激光依次经45°反射镜（13）和双色镜（12）反射后射出，射出的光为输出λ1激光；从波长λ2出光***出的激光透过双色镜（12）后射出，射出的光为输出λ2激光；输出λ1激光和输出λ2激光同轴；
从波长λ1出光口至45°反射镜（13）之间的光路为光路1，从波长λ2出光口至双色镜（12）之间的光路为光路2，电动挡片结构（10）用于使光路1和光路2的状态为“通”或“断”；
在谐振腔中依次设有第一腔镜（1）、调Q***（2）、偏振元件（3）、泵浦模块（4）、折叠反射镜A（5）、折叠反射镜B（6）、波长转换晶体（7）和第二腔镜（8），折叠反射镜A（5）和折叠反射镜B（6）二者的反射面呈90°设置；
泵浦模块（4）用于产生波长为λ1的激光，波长为λ1的激光通过偏振元件（3）之后成为偏振λ1激光，偏振λ1激光通过调Q***（2）之后成为脉冲λ1激光，脉冲λ1激光中的第一部分透过第一腔镜（1）经波长λ1出光***出；脉冲λ1激光中的第二部分被第一腔镜（1）反射，反射之后依次透过调Q***（2）、偏振元件（3）和泵浦模块（4）中的晶体棒，而后依次通过折叠反射镜A（5）和折叠反射镜B（6）的反射至波长转换晶体（7），脉冲λ1激光中的第二部分通过波长转换晶体（7）之后成为了波长为λ2的激光，波长为λ2的激光透过第二腔镜（8）经波长λ2出光***出。
2.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：所述第一腔镜（1）的镀膜特征为：使波长为λ1的光部分透过，使波长为λ2的光高反；所述第二腔镜（8）的镀膜特征为：使波长为λ2的光部分透过，使波长为λ1的光高反；所述折叠反射镜A（5）和折叠反射镜B（6）的镀膜特征为：使波长为λ1的光和波长为λ2的光均高反。
3.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：在所述光路2中设置滤光片（9），用于滤除波长为λ1的光。
4.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：还包括指示光光源（14），指示光光源（14）发出的光与输出λ1激光、输出λ2激光同轴，用于指示输出λ1激光、输出λ2激光的方向。
5.根据权利要求4所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：所述指示光光源（14）发出的光的波长范围为500-700 nm。
6.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：还包括功率监测装置（11），功率监测装置（11）的探头设置在双色镜（12）处，用于通过检测泄露激光的能量从而得出输出λ1激光和/或输出λ2激光的能量。
7.根据权利要求6所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：所述功率监测装置（11）的探头为热释电型，通过检测激光照射到探头感光元件的热量来实现能量监测。
8.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：所述调Q***（2）的调Q方式为电光调Q、声光调Q、被动调Q中的一种。
9.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：所述波长转换晶体（7）为倍频晶体、光学参量振荡晶体、拉曼晶体中的一种。
10.根据权利要求1所述的双波长同轴可控切换输出的激光***，其特征是：所述电动挡片结构（10）包括电机和遮光片，遮光片固定在电机的输出轴上，电机的输出轴位于所述光路1和光路2之间，电机的输出轴转动90°时，遮光片使光路2的状态为“断”，同时光路1的状态为“通”；电机的输出轴转动-90°时，遮光片使光路1的状态为“断”，同时光路2的状态为“通”；电机的输出轴转动0°时，光路1和光路2的状态均为“通”。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116148817A (zh) * 2023-04-21 2023-05-23 常州星宇车灯股份有限公司 基于双波长的tof激光雷达***及其抗干扰方法

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