[其他]脈沖碰撞雙鎖模激光器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 101985000000026
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100026B
• 公開（公告）日: 1987-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王清月;邢岐榮
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 代理公司: 天津大學(xué)專利代理事務(wù)所
• 代理人: 張銳;魏賞辰

本發(fā)明為脈沖碰撞雙鎖模激光器，屬于受激發(fā)射器件領(lǐng)域。該項發(fā)明是將脈沖碰撞鎖模技術(shù)與腔內(nèi)同步泵浦技術(shù)相結(jié)合的一種同時可在兩個波長鎖模運轉(zhuǎn)的激光系統(tǒng)。與氬離子鎖模激光同步泵浦染料激光系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單，穩(wěn)定性高、脈沖寬度窄、轉(zhuǎn)換效率高以及成本低廉等特點。該發(fā)明可用于激光光譜學(xué)、非線性光學(xué)、微微秒光電子學(xué)和光導(dǎo)纖維的研究。

本發(fā)明屬于受激發(fā)射器件領(lǐng)域。

1974年美國科學(xué)家詹（C.K.CHAN）等人發(fā)表了氬離子激光同步泵染料激光系統(tǒng)（a）。在該系統(tǒng)中，首先利用聲光調(diào)制器將氬離子激光鎖模，然后用氬離子激光的鎖模脈沖序列同步泵染料激光器，實現(xiàn)染料激光器的鎖模運轉(zhuǎn)。1981年，美國貝爾實驗室的福克（R.L.FORK）等人（b）發(fā)表了脈沖碰撞鎖模（COOL IDING PULSE MODE-LOCKING，簡稱CPM）激光器，在該激光器中，利用相反方向傳播的光脈沖在可飽和吸收體處相干疊加的效應(yīng)，對染料激光器進行鎖模。1983年，庫克（D.KHLKE）等人（c）發(fā)表了直腔氬離子激光脈沖碰撞鎖模激光器，在氬離子激光器中實現(xiàn)了CPM運轉(zhuǎn)，目前國內(nèi)外普遍采用的氬激光同步泵染料激光系統(tǒng)，存在兩個缺點：一是氬離子激光器首先用聲光調(diào)制器鎖模，使得該激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且存在腔長和聲光調(diào)制頻率的失配問題;二是氬離子激光器和被其泵浦的染料激光器分別為獨立的兩個諧振腔，存在兩個腔長的失配問題，因此對調(diào)整和環(huán)境條件要求較嚴(yán)格，經(jīng)常造成輸出脈寬和功率的不穩(wěn)定性，福克等人發(fā)表的CPM染料激光器，由于氬離子激光器為連續(xù)運轉(zhuǎn)激光器，用其泵浦染料激光器的效率很低，庫克等人發(fā)表的直腔CPM氬離子激光器，由于其脈沖強度不對稱，未能實現(xiàn)染料的鎖模運轉(zhuǎn)。

本發(fā)明的目的在于克服上述三種激光器各自的缺點，并首次實現(xiàn)了氬離子激光和染料激光在同一個對稱環(huán)形腔中的雙波長的脈沖碰撞鎖模。我們稱作脈沖碰撞雙鎖模。

本發(fā)明的激光器的諧振腔系由四個凹面反射鏡組成，見附圖的（1）、（2）、（3）、（4）。氬離子放電管（見附圖的（5））置于兩個大曲率反射鏡（1）、（2）之間（見附圖），染料噴流置于兩個小曲率反射鏡（3）、（4）（見附圖）的焦點處。染料噴流（見附圖的（7））系羅丹明6G的乙二醇溶液噴流，它既作為氬離子激光的可飽和吸收介質(zhì)，又是染料激光的增益介質(zhì)，其濃度為10^-4～10^-2克分子濃度（M/L）。在對稱環(huán)形腔中，沿相反方向傳播的二個氬離子激光脈沖以及二個沿相反方向傳播的染料激光脈沖各自在染料噴流處相碰撞。由于沿相反方向的二個脈沖在染料噴流處相碰撞時的相干作用和對激光模式的同步鎖定作用，便同時實現(xiàn)氬離子激光和染料激光的脈沖碰撞雙鎖模。在兩個脈沖疊加的區(qū)域內(nèi)形成光場強度的空間周期分布。由于染料分子對光場的吸收，造成了粒子數(shù)分布的空間周期分布，稱為瞬態(tài)粒子數(shù)分布“光柵”。該“光柵”的形成過程也是染料被漂白因而造成對氬離子激光的碰撞鎖模過程。已經(jīng)被漂白的染料，其處于上能級的分子相對于另一下能級（與吸收氬離子激光的下能級不同）形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，因此造成與該對能級相對應(yīng)的受激輻射，形成鎖模的染料激光。由于該染料既作為氬離子激光的碰撞鎖模用的可飽和吸收介質(zhì)又作為染料激光的增益介質(zhì)，兩種波長的激光同時共用相同的上能級，因此，染料激光和氬離子激光之間存在很強的耦合效應(yīng)，該效應(yīng)使得氬離子激光和染料激光的脈沖寬度都得到進一步壓縮。

由于本發(fā)明可產(chǎn)生幾個微微秒（10^-12秒）到亞微微秒（10^-13秒）的激光脈沖，因此可用于對原子分子的快速馳豫過程的研究，該項發(fā)明還可用于化學(xué)能量轉(zhuǎn)移過程、生物中信息傳遞過程、植物中光合作用的研究。另外，該發(fā)明還可為近幾年發(fā)展起來的微微秒光電子學(xué)及高比特光纖通訊的研究提供一新的手段。本發(fā)明與國內(nèi)外目前通用的鎖模氬離子激光器同步泵浦染料激光系統(tǒng)相比，省掉了聲光調(diào)制器及其高頻驅(qū)動電源，將原來的由五塊反射鏡構(gòu)成的兩個獨立的諧振腔簡化為四塊反射鏡構(gòu)成的一個諧振腔，因此該發(fā)明的激光器運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性更好，成本可降低三分之一。由于本發(fā)明采用了腔內(nèi)泵浦方式，沒有被染料吸收的那部分光仍然留在腔內(nèi)，沒有損失掉，因此轉(zhuǎn)換效率可提高30%以上。由于本發(fā)明采用了CPM技術(shù)，脈沖寬度變窄，峰值功率提高，因此在上述幾個領(lǐng)域的研究中有著廣泛的應(yīng)用前景和明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。