CN204479809U - 紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，包括多个激光整形耦合入纤装置，每个激光整形耦合入纤装置分别通过输入光纤与紫外可见光熔融拉锥合束器连通，紫外可见光熔融拉锥合束器通过输出光纤与激光整形出纤装置连通；还包括一个紫外激光入纤装置和多个可见激光入纤装置。本实用新型组成简单、方便调节、灵活性高、重复性好、传输效率高。

Description

紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置

技术领域

本实用新型属于一种激光合成传输装置，具体涉及一种紫外与可见激光多光路激光合成和传输装置。

背景技术

在激光应用研究领域，有时需要将多束含紫外与可见不同波长的激光合成一束，同时作用于研究对象，如研究某种原子的激发光谱，或是某种原子的激发电离路径等。这就要求几束光合成度高，激光在近场和远场都能很好地重合在一起。同时，因为研究过程中利用的是激光的能量，所以合成后传输过程中损耗要小，为了保证实验数据的可靠性，还要求合成传输***具有一定的稳定性和可重复性。

不同波长激光的合成及传输技术的发展有很长的历史，但都属于空间光束合成技术，如平板玻璃法、透镜法、滤光片法、特殊晶体法、镀膜法、小角度合成法等等，这些传统方法都存在一些缺点，归结为：（i）合成区域小，只在作用点处重合，作用区域小，或合成区域交叠不完全，合成度低；（ⅱ）合成波长数受到限制，有些方法从原理上就不适合多光路的合成；（ⅲ）对合成的波长有一定的要求，不适合波长相近的光合成；（ⅳ）紫外光由于单光子能量高，不可见等原因存在空间传输损耗大，危险系数高的特点；（v）空间合束***复杂，稳定性差，损耗大，成本高，调节困难等。而光谱研究或激发电离研究所涉及波长范围大，也常常涉及到紫外与可见波长的多光路合成，同时要求光束的合成度高，光束与作用区的重叠度高，***的稳定性好，以保障质谱研究的实验重复性和数据可靠性。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术中存在的技术问题而提出，其目的是提供一种体积小，灵活，便于调节和传输效率高的紫外与可见波长多光路激光合成和传输装置。

本实用新型的技术方案是：

一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，包括多个激光整形耦合入纤装置，每个激光整形耦合入纤装置分别通过输入光纤与紫外可见光熔融拉锥合束器连通，紫外可见光熔融拉锥合束器通过输出光纤与激光整形出纤装置连通，所述激光整形耦合入纤装置包括在同一入纤装置底座上从左至右彼此相互间隔一定距离分别设置有Ⅰ号光阑、输入整形透镜组、输入聚焦透镜、入射光纤夹持架和Ⅱ号光阑；

所述激光合成和传输装置还包括一个紫外激光入纤装置和多个可见激光入纤装置，紫外激光入纤装置和多个可见激光入纤装置均设置于对应激光整形耦合入纤装置前方，且紫外激光入纤装置和多个可见激光入纤装置中发出的激光均到达对应激光整形耦合入纤装置中的Ⅰ号光阑（6）处；

所述紫外激光入纤装置包括一台染料激光器和一台氦氖激光器，氦氖激光器的输出光路上设置有与水平呈45^ο角的激光全反镜，染料激光器的输出光路上设置有均与水平呈45^ο角的介质膜合成镜和紫外装置激光反射镜；紫外装置激光反射镜与其对应的Ⅰ号光阑之间设置有紫外装置挡板；

所述可见激光入纤装置包括一台激光器，激光器的输出光路上设置有两个互相平行、并与水平成45^ο角的可见装置可见装置激光全反镜，并在可见装置激光全反镜与其对应的Ⅰ号光阑之间设置可见装置有挡板；

所述激光整形出纤装置包括在同一出纤装置底座上从左至右彼此相互间隔一定距离分别设置有输出光纤夹持架、输出准直透镜组和输出聚焦透镜组；

所述输入光纤入射端置于入射光纤夹持架上，使输入光纤的端口置于输入聚焦透镜的焦点处，所述输出光纤的输出端位于激光整形出纤装置中的输出光纤夹持架上，输出光纤夹持架位于输出准直透镜组的前焦点位置。

所述的输入整形透镜组由两只透镜组成。

所述输出准直透镜组和输出聚焦透镜组均由四片熔融石英和氟化钙材质的镜片组成。

所述激光整形耦合入纤装置中的安装于入纤装置底座上的各元件和激光整形出纤装置中的安装于出纤装置底座上的各元件中心分别处于各自的同一中心线上。

本实用新型的有益效果：

（i）本实用新型利用熔融拉锥技术进行多束紫外与可见波长的激光的合束，使得合束技术不受波长的限制，扩大了合束技术的应用范围。（ⅱ）利用熔融拉锥技术进行多束激光的合束，使得合束光束不再受空间的限制，同时减少了大量光学器件的使用，提高了***的稳定性，同时增加了***的安全性。（ⅲ）整形耦合入纤装置中氦氖光作为指示光引入，使紫外光束能够精准定位调节，解决了不可见激光的光纤耦合问题，提高了***的可重复性。（ⅳ）整形出纤装置使用，可以消除光纤输出激光在聚焦过程中产生的球差和色差，并可根据不同的光束质量和作用要求进行更换，使得***更加灵活，可应用于不同的激光***中。（ⅴ）本实用新型结构简单、易于模块化，***操作简单，灵活方便。

附图说明

图1 是本实用新型的部分装置组成示意图；

图2 是本实用新型的激光整形耦合入纤装置示意图；

图3 是本实用新型的激光整形出纤装置示意图；

图4 是本实用新型的应用连接示意图。

其中：

1  激光整形耦合入纤装置    2  输入光纤

3  紫外可见光熔融拉锥合束器4  输出光纤

5  激光整形出纤装置        6  Ⅰ号光阑

7  输入整形透镜组          8  输入聚焦透镜

9  入射光纤夹持架          10  Ⅱ号光阑

11  输出光纤夹持架         12  输出准直透镜组

13  输出聚焦透镜组         14  激光全反镜

15  染料激光器             16  介质膜合成镜

17  原子蒸汽炉             18  光与原子作用区

19  透镜                   20  入纤装置底座

21  紫外装置挡板            22  氦氖激光器

23  紫外装置激光反射镜     24  出纤装置底座

25  激光器                 26  可见装置激光反射镜

27  可见装置挡板           28  紫外激光入纤装置

29  可见激光入纤装置。

具体实施方式

下面，参照附图和实施例对本实用新型一种紫外与可见激光多光路激光合成和传输装置进行详细说明：

如图1～4所示，一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，包括多个激光整形耦合入纤装置1，每个激光整形耦合入纤装置1分别通过输入光纤2与紫外可见光熔融拉锥合束器3连通，紫外可见光熔融拉锥合束器3通过输出光纤4与激光整形出纤装置5连通，所述激光整形耦合入纤装置1包括在同一入纤装置底座20上从左至右彼此相互间隔一定距离分别设置有Ⅰ号光阑6、输入整形透镜组7、输入聚焦透镜8、入射光纤夹持架9和Ⅱ号光阑10；

所述激光合成和传输装置还包括一个紫外激光入纤装置28和多个可见激光入纤装置29，紫外激光入纤装置28和多个可见激光入纤装置29均设置于对应激光整形耦合入纤装置1前方，且紫外激光入纤装置28和多个可见激光入纤装置29中发出的激光均到达对应激光整形耦合入纤装置1中的Ⅰ号光阑6处；紫外激光入纤装置28和可见激光入纤装置29的数量之和等于激光整形耦合入纤装置1的数量。

所述紫外激光入纤装置28包括一台染料激光器15和一台氦氖激光器22，氦氖激光器22的输出光路上设置有与水平呈45^ο角的激光全反镜14，染料激光器15的输出光路上设置有均与水平呈45^ο角的介质膜合成镜16和紫外装置激光反射镜23；紫外装置激光反射镜23与其对应的Ⅰ号光阑6之间设置有紫外装置挡板21；

介质膜合成镜16用于把激光全反镜14反射的氦氖激光器发出的红光透过介质膜合成镜16作为染料激光器15发出的不可见紫外光的光束指示光，经紫外装置激光反射镜23，到达对应Ⅰ号光阑6；

所述可见激光入纤装置29包括一台激光器25，激光器25的输出光路上设置有两个互相平行、并与水平成45^ο角的可见装置可见装置激光全反镜26，并在可见装置激光全反镜26与其对应的Ⅰ号光阑6之间设置可见装置有挡板27；

所述激光整形出纤装置5包括在同一出纤装置底座24上从左至右彼此相互间隔一定距离分别设置有输出光纤夹持架11、输出准直透镜组12和输出聚焦透镜组13；

所述输入光纤2入射端置于入射光纤夹持架9上，使输入光纤2的端口置于输入聚焦透镜8的焦点处，所述输出光纤4的输出端位于激光整形出纤装置5中的输出光纤夹持架11上，输出光纤夹持架11位于输出准直透镜组12的前焦点位置。

所述所述的输入整形透镜组7由两只透镜19组成。

所述输出准直透镜组12和输出聚焦透镜组13均由四片熔融石英和氟化钙材质的镜片组成。

所述激光整形耦合入纤装置1中的安装于入纤装置底座20上的各元件和激光整形出纤装置5中的安装于出纤装置底座24上的各元件中心分别处于各自的同一中心线上。

本实用新型的使用方法，包括以下步骤：

（i）对紫外激光的耦合入纤：

调节激光全反镜14的调节钮使氦氖激光器22输出可见激光照射到介质膜合成镜16上，调节介质膜合成镜16的调节钮使氦氖激光器22输出可见激光和染料激光器15输出紫外激光空间合成为一束光，该光束照射到紫外装置激光反射镜23位置处，通过调节紫外装置激光反射镜23的调节钮使该指示光束通过准直好的Ⅰ号光阑6和Ⅱ号光阑10的通光孔径，令Ⅰ号光阑6、Ⅱ号光阑10的孔径中心与光束中心同轴，在Ⅰ号光阑6后加入输入整形透镜组7用以调整激光光束光斑大小，调整后的光束经输入聚焦透镜8聚焦，聚焦透镜8能够实现氦氖激光和紫外激光的同时会聚，焦点位置偏差满足输入光纤2的耦合要求，焦斑位于输入光纤2的端面上；调节入射光纤夹持架9上的调节钮以及输入聚焦透镜8的调节钮，使聚焦光束耦合进入输入光纤2，当在输出光纤4的输出端看到圆形的氦氖激光光斑时，挡住氦氖激光光束，测量输出光纤4的紫外光输出功率；继续微调入射光纤夹持架9上的调节钮以及输入聚焦透镜8，直至光纤输出激光达到最大功率，完成紫外激光的耦合输入；

（ⅱ）对可见光的耦合入纤：

    将激光器25输出的激光通过调节可见装置激光反射镜26的调节钮使该光束通过准直好的Ⅰ号光阑6和Ⅱ号光阑10的通光孔径，令Ⅰ号光阑6、Ⅱ号光阑10的孔径中心与光束中心同轴，其余调节方法同步骤（i）紫外激光的耦合入纤的调节方法，直至光纤输出激光达到最大功率，完成可见光激光的耦合输入；

（ⅲ）对紫外可见光熔融拉锥合束器3输出的激光光束进行整形：

经过紫外可见光熔融拉锥合束器3输出的激光在输出端成为类似点光源的发散光源，需要把发散光源整形成为平行光束或聚焦光束，由于输出激光包括紫外光和可见光波段，应用消色差镜片对输出光纤4的输出激光进行准直和聚焦；熔融石英和氟化钙材料具有较好的紫外和可见光透过率，因此选用这两种材料组成输出准直透镜组12和输出聚焦透镜组13；为了降低球差和色差对聚焦光束质量的影响，准直透镜组12和输出聚焦透镜组13分别采用四片透镜结构；发散光源经过输出准直透镜组12后，输出光纤4的输出激光被准直成为平行光，输出聚焦透镜组13对平行光束进行聚焦，输出整形装置可消除可见与紫外光的色差，使合束光束中的可见光与紫外光的焦点落于原子蒸汽炉17中的光与原子相互作用区18内相同位置；

（iv）再次使用时，对激光束的准直进行微调：

因为每次激光器的关闭和开启都会有一些微小的差异，因此，再次使用熔融拉锥光纤合束***时，需要对激光束的准直进行微调，保证光束的位置和准直,此时只需微调紫外装置激光反射镜23和可见装置激光反射镜26的调节钮，使对应光束打到对应Ⅰ号光阑6的通光孔径处使光束中心与通光孔径中心重合即可。

本实用新型结构简单、易于模块化，***操作简单、更加灵活方便，合束效率紫外一般可达60%，可见效率可达80%。

Claims (4)

1. 一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，包括多个激光整形耦合入纤装置（1），每个激光整形耦合入纤装置（1）分别通过输入光纤（2）与紫外可见光熔融拉锥合束器（3）连通，紫外可见光熔融拉锥合束器（3）通过输出光纤（4）与激光整形出纤装置（5）连通，所述激光整形耦合入纤装置（1）包括在同一入纤装置底座（20）上从左至右彼此相互间隔一定距离分别设置有Ⅰ号光阑（6）、输入整形透镜组（7）、输入聚焦透镜（8）、入射光纤夹持架（9）和Ⅱ号光阑（10）；其特征在于：

所述激光合成和传输装置还包括一个紫外激光入纤装置（28）和多个可见激光入纤装置（29），紫外激光入纤装置（28）和多个可见激光入纤装置（29）均设置于对应激光整形耦合入纤装置（1）前方，且紫外激光入纤装置（28）和多个可见激光入纤装置（29）中发出的激光均到达对应激光整形耦合入纤装置（1）中的Ⅰ号光阑（6）处；

所述紫外激光入纤装置（28）包括一台染料激光器（15）和一台氦氖激光器（22），氦氖激光器（22）的输出光路上设置有与水平呈45^ο角的激光全反镜（14），染料激光器（15）的输出光路上设置有均与水平呈45^ο角的介质膜合成镜（16）和紫外装置激光反射镜（23）；紫外装置激光反射镜（23）与其对应的Ⅰ号光阑（6）之间设置有紫外装置挡板（21）；

所述可见激光入纤装置（29）包括一台激光器（25），激光器（25）的输出光路上设置有两个互相平行、并与水平成45^ο角的可见装置可见装置激光全反镜（26），并在可见装置激光全反镜（26）与其对应的Ⅰ号光阑（6）之间设置可见装置有挡板（27）；

所述激光整形出纤装置（5）包括在同一出纤装置底座（24）上从左至右彼此相互间隔一定距离分别设置有输出光纤夹持架（11）、输出准直透镜组（12）和输出聚焦透镜组（13）；

所述输入光纤（2）入射端置于入射光纤夹持架（9）上，使输入光纤（2）的端口置于输入聚焦透镜（8）的焦点处，所述输出光纤（4）的输出端位于激光整形出纤装置（5）中的输出光纤夹持架（11）上，输出光纤夹持架（11）位于输出准直透镜组（12）的前焦点位置。

2. 根据权利要求1所述的一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，其特征在于：所述的输入整形透镜组（7）由两只透镜（19）组成。

3. 根据权利要求1所述的一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，其特征在于：所述输出准直透镜组（12）和输出聚焦透镜组（13）均由四片熔融石英和氟化钙材质的镜片组成。

4. 根据权利要求1所述的一种紫外光与可见光多光路激光合成和传输装置，其特征在于：所述激光整形耦合入纤装置（1）中的安装于入纤装置底座（20）上的各元件和激光整形出纤装置（5）中的安装于出纤装置底座（24）上的各元件中心分别处于各自的同一中心线上。