本發(fā)明涉及一種高功率、高重復頻率的脈沖光纖鈉導星激光器系統(tǒng)，屬于激光器應用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在大型地基天文望遠鏡的觀測中，大氣擾動會造成成像的畸變，從而限制了望遠鏡的分辨率。自適應光學系統(tǒng)可以通過分析參考信標光的信息，實時反饋并糾正這種成像的畸變。工作波長在589nm的鈉導星激光器，是自適應光學系統(tǒng)理想的信標光。地面發(fā)射的589nm激光，在高空(～90km)激發(fā)鈉層原子產(chǎn)生后向散射的熒光。鈉導星激光器按工作模式可分為：連續(xù)波運轉(zhuǎn)與脈沖波運轉(zhuǎn)的鈉導星激光器。與連續(xù)波相比，脈沖鈉導星激光器具有明顯的優(yōu)勢：可以減小大氣瑞利散射的干擾，提高返回熒光信號的信噪比；可以減小鈉導星像斑拉長現(xiàn)象，提高成像精度；與地磁場進動頻率共振的高重頻脈沖鈉導星激光器可以有效增強返回熒光強度，并且可用于遠程磁場探測等領(lǐng)域。但是受限于該發(fā)光波段缺少有效的增益介質(zhì)，因此高功率、高重頻脈沖589nm激光器的研制較為困難。

典型的高功率、高重復頻率的脈沖589nm鈉導星激光器裝置，其包括，高功率脈沖1319nm激光和高功率脈沖1064nm激光通過非線性晶體合頻得到589nm脈沖激光，多束589nm脈沖激光通過時序控制、模式匹配合束到一起得到高功率、高重頻的589nm脈沖激光(彭欽軍.一種產(chǎn)生高平均功率高重復頻率脈沖鈉信標激光的裝置，201210039266.82012.02.20cn)；該裝置是基于全固態(tài)激光器技術(shù)，其結(jié)構(gòu)非常龐大且復雜，其激光穩(wěn)定性較差、整套系統(tǒng)的機動性差、維護成本較高。

近些年來，基于拉曼光纖激光技術(shù)發(fā)展的光纖鈉導星激光器，由于其結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計靈活輕便、光束質(zhì)量優(yōu)越、激光功率高的優(yōu)勢，已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高功率、高重頻589nm脈沖光纖鈉導星激光器，其脈沖重復頻率從100khz-500khz連續(xù)可調(diào)，脈沖寬度從10ns-1μs連續(xù)可調(diào)。該激光器裝置利用高功率、高重頻脈沖光纖激光器作為泵浦源，泵浦拉曼光纖放大器，放大連續(xù)的1178nm單頻激光，放大后的1178nm脈沖激光注入倍頻腔，通過非線性晶體倍頻得到589nm脈沖激光。作為泵浦源的高功率脈沖光纖激光器的脈沖重復頻率從100khz-500khz連續(xù)可調(diào)，脈沖寬度從10ns-1μs連續(xù)可調(diào)。根據(jù)拉曼光纖放大器中增益光纖的不同，泵浦源脈沖光纖激光器的設(shè)計有多種實現(xiàn)方案。脈沖重復頻率在100khz-500khz，脈沖寬度在10ns-1μs的589nm脈沖激光器，可有效提高鈉導星亮度，也可應用于遠程磁場探測等領(lǐng)域。此外該光纖激光器系統(tǒng)，具有設(shè)計靈活輕便、激光功率高、光束質(zhì)量優(yōu)越等優(yōu)勢。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種高重頻脈沖光纖鈉導星激光器系統(tǒng)，包括：單頻半導體激光器、光纖隔離器、拉曼光纖放大器、泵浦源脈沖光纖激光器、倍頻腔，其特點在于：所述的單頻半導體激光器輸出線寬小于100mhz的1178nm種子激光，經(jīng)所述的法拉第隔離器進入拉曼光纖放大器，所述的泵浦源脈沖光纖激光器泵浦所述的拉曼光纖放大器，經(jīng)所述的拉曼光纖放大器輸出的1178nm脈沖激光注入所述的倍頻腔，倍頻得到與鈉原子吸收譜線共振的589nm脈沖激光；

所述的拉曼光纖放大器包括依次連接的第一波分復用器、一段拉曼增益光纖和第二波分復用器；

所述的泵浦源脈沖光纖激光器包括第一種子激光器、第二種子激光器、波分復用器、光調(diào)制器和摻鐿-拉曼混合光纖放大器，所述的第一種子激光器輸出工作波長在1110-1130nm范圍內(nèi)的連續(xù)激光種子和所述的第二種子激光器輸出工作波長在1050-1070nm范圍內(nèi)的連續(xù)激光種子，分別經(jīng)所述的波分復用器合束后，由所述的光調(diào)制器調(diào)制成高重頻脈沖種子激光，再經(jīng)所述的摻鐿-拉曼混合光纖放大器放大，得到高功率、高重頻的脈沖激光。

一種高重頻脈沖光纖鈉導星激光器系統(tǒng)，包括：單頻半導體激光器、光纖隔離器、拉曼光纖放大器、泵浦源脈沖光纖激光器、倍頻腔，其特征在于：所述的單頻半導體激光器輸出線寬小于100mhz的1178nm種子激光，經(jīng)所述的法拉第隔離器進入拉曼光纖放大器，所述的泵浦源脈沖光纖激光器泵浦所述的拉曼光纖放大器，經(jīng)所述的拉曼光纖放大器輸出的1178nm脈沖激光注入所述的倍頻腔，倍頻得到與鈉原子吸收譜線共振的589nm脈沖激光；

所述的拉曼光纖放大器包括依次連接的第一波分復用器、一段拉曼增益光纖和第二波分復用器；

所述的泵浦源脈沖光纖激光器包括依次連接的種子激光器、光調(diào)制器、摻鐿光纖放大器，所述的種子激光器輸出連續(xù)激光，其工作波長在1017-1019nm范圍內(nèi)，所述的種子激光器經(jīng)所述的光調(diào)制器后，被調(diào)制成高重頻脈沖種子激光，然后注入所述的摻鐿光纖放大器，經(jīng)放大得到高功率、高重頻脈沖激光。

所述的種子激光器是基于光纖光柵諧振腔的摻鐿光纖激光器或是光纖尾纖輸出的半導體激光器。

所述的光調(diào)制器是帶光纖尾纖的聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器，其脈沖重復頻率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍大于100khz-500khz、脈寬連續(xù)調(diào)節(jié)范圍大于10ns-1μs。

所述的拉曼光纖放大器的拉曼增益光纖是普通石英光纖，或是摻磷石英光纖。

所述的摻鐿-拉曼混合光纖放大器其增益介質(zhì)包括摻鐿光纖和普通石英光纖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

1)本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高功率、高重頻589nm脈沖光纖鈉導星激光器，其脈沖重復頻率從100khz-500khz連續(xù)可調(diào)，脈沖寬度從10ns-1μs連續(xù)可調(diào)，其脈沖平均功率大于20w，峰值功率大于100w，該激光器可有效提高鈉導星亮度，也可應用于遠程磁場探測等領(lǐng)域。

2)根據(jù)拉曼光纖放大器中增益光纖的不同，泵浦源脈沖光纖激光器的設(shè)計有多種實現(xiàn)方案，當增益光纖為普通石英光纖時，泵浦源脈沖光纖激光器包括兩個種子激光器，第一種子激光器輸出工作波長在1110-1130nm范圍內(nèi)，第二種子激光器輸出工作波長在1050-1070nm范圍內(nèi)，兩個種子合束后，經(jīng)脈沖調(diào)制和放大，再泵浦拉曼放大器；當增益光纖為摻磷石英光纖時，泵浦源脈沖光纖激光器的種子激光器，其工作波長在1017-1019nm范圍，經(jīng)脈沖調(diào)制并放大后，泵浦拉曼放大器。

3)該泵浦源脈沖光纖激光器，其輸出脈沖重復頻率從100khz-500khz連續(xù)可調(diào)，脈沖寬度從10ns-1μs連續(xù)可調(diào)，其脈沖峰值功率大于300w,脈沖平均功率大于100w。

4)該脈沖光纖鈉導星激光器系統(tǒng)，設(shè)計靈活、輕便，便于集成于外部運輸裝備開展外場實驗；激光器輸出激光線寬窄、功率高、光束質(zhì)量優(yōu)異，可以滿足鈉導星激光器的應用要求；

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的高重頻脈沖光纖鈉導星激光器示意圖；

圖2是本發(fā)明提供的拉曼光纖放大器示意圖；

圖3是本發(fā)明提供的工作波長在1110-1130nm范圍內(nèi)的高功率、高重頻泵浦源脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明提供的工作波長在1017-1019nm范圍內(nèi)的高功率、高重頻泵浦源脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

請先參閱圖1，圖1是本發(fā)明提供的高重頻脈沖光纖鈉導星激光器示意圖，所述的單頻半導體激光器輸出線寬小于100mhz的1178nm種子激光，經(jīng)所述的法拉第隔離器進入拉曼光纖放大器，所述的泵浦源脈沖光纖激光器泵浦所述的拉曼光纖放大器，經(jīng)所述的拉曼光纖放大器輸出的1178nm脈沖激光注入所述的倍頻腔，倍頻得到與鈉原子吸收譜線共振的589nm脈沖激光。

圖2是本發(fā)明提供的拉曼光纖放大器示意圖，所述的拉曼光纖放大器包括依次連接的第一波分復用器3-1、一段拉曼增益光纖3-2和第二波分復用器3-2；波分復用器3-1一方面把1178nm單頻種子激光耦合進入拉曼增益光纖，另一方面把剩余泵浦激光耦合到系統(tǒng)外；波分復用器3-3用于輸出放大后的1178nm脈沖激光，同時把脈沖泵浦激光耦合進入拉曼增益光纖。拉曼增益光纖3-2為普通的石英光纖，也可以是具有更大拉曼頻移量的摻磷石英光纖。如圖所示，1178nm種子激光和脈沖泵浦激光在拉曼增益光纖中反向傳輸。

圖3是本發(fā)明提供的工作波長在1110-1130nm范圍內(nèi)的高功率、高重頻泵浦源脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征包括第一種子激光器4-1-1、第二種子激光器4-1-2、波分復用器4-1-3、光調(diào)制器4-1-4和摻鐿-拉曼混合光纖放大器4-1-5，所述的第一種子激光器4-1-1輸出工作波長在1110-1130nm范圍內(nèi)的連續(xù)激光種子和所述的第二種子激光器4-1-2輸出工作波長在1050-1070nm范圍內(nèi)的連續(xù)激光種子，分別經(jīng)所述的波分復用器4-1-3合束后，由所述的光調(diào)制器4-1-4調(diào)制成高重頻脈沖種子激光，再經(jīng)所述的摻鐿-拉曼混合光纖放大器4-1-5放大，得到高功率、高重頻的脈沖激光。

圖4是本發(fā)明提供的工作波長在1017-1019nm范圍內(nèi)的高功率、高重頻泵浦源脈沖光纖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征包括依次連接的種子激光器4-2-1、光調(diào)制器4-2-2、摻鐿光纖放大器4-2-3，所述的種子激光器4-2-1輸出連續(xù)激光，其工作波長在1017-1019nm范圍內(nèi)，所述的種子激光器4-2-1經(jīng)所述的光調(diào)制器4-2-2后，被調(diào)制成高重頻脈沖種子激光，然后注入所述的摻鐿光纖放大器4-2-3，經(jīng)放大得到高功率、高重頻脈沖激光。所述的摻鐿光纖放大器是摻鐿光纖作為增益介質(zhì)的光纖放大器，根據(jù)具體實驗中實際功率需求可以增加摻鐿光纖放大器的級數(shù)。

根據(jù)圖3和圖4所述的種子激光器是基于光纖光柵諧振腔的摻鐿光纖激光器或是光纖尾纖輸出的半導體激光器。

根據(jù)圖3和圖4所述的光調(diào)制器是帶光纖尾纖的聲光調(diào)制器或電光調(diào)制器，其脈沖重復頻率連續(xù)調(diào)節(jié)范圍大于100khz-500khz、脈寬連續(xù)調(diào)節(jié)范圍大于10ns-1μs。

根據(jù)圖3所述的摻鐿-拉曼混合光纖放大器其增益介質(zhì)包括摻鐿光纖和普通石英光纖。