專利名稱：一種新型多縱模染料激光器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于一種激光設備，具體涉及一種輸出激光波長、線寬、縱模間隔均可調諧的新型腔型的多縱模染料激光器。
技術背景 在激光技術領域，染料激光器由于其波長的寬帶可調諧性能和各種優良的輸出特性已經被廣泛地應用于醫學、生物學、光譜學等領域。
目前國內的商用多縱模染料激光器的研發和生產尚處于空白狀態。各科研機構所使用的多縱模染料激光器長期依賴于進口。目前的進口商用染料激光器，多采用HANSCE型諧振腔，激光器采用橫向泵浦。此種類性的染料激光器線寬、縱模間隔等參量均為固定值，不可連續調諧，嚴重地限制了此種染料激光器的應用范圍。并且由于橫向泵浦的采用，難于實現優良的激光橫向模式輸出。此外此種類型的激光器均采用空間光泵浦，具有復雜的耦合光路，激光器調節難度較高，如果出廠設置的光路基準產生偏離，校準過程更加復雜。
發明內容
本實用新型是為了克服現有技術的缺點而提出的，目的是提供一種激光波長、線寬、縱模間隔等技術參數均可調諧、輸出激光橫向模式優良的新型的多縱模染料激光器。
本實用新型的技術方案是一種新型的多縱模染料激光器，包括由光纖耦合器組成的雙側縱向泵浦結構，端鏡的右側設置有染料激光放大器，在其右側有光柵，光柵的上方是調諧鏡，它們組成了激光器的色散腔，雙側泵浦結構與色散腔為整個激光器的振蕩級。
在光柵的右側設置有反射鏡，在反射鏡的上方設置有分光鏡，在分光鏡的右側設置有采集光收集器，采集光收集器通過標準通訊光纖與波長計連接，波長計通過USB數據線與全自動控制系統的輸入端連接，全自動控制系統通過四芯電纜與正弦調諧機構連接，這些器件是激光器的檢測和自動控制部分。
在分光鏡的上方設置有反射鏡，在反射鏡的左側設置有級間耦合器，在級間耦合器的左側設置有染料激光預放大器，泵浦激光束通過光纖傳輸至光纖耦合器內對染料預防大器中的染料激光進行放大，經放大后的染料激光即可輸出使用。
全自動控制系統包括嵌入式工控機，嵌入式工控機通過PCMCIA總線與數據輸入/輸出卡連接，數據輸入/輸出卡通過電纜與步進電機驅動器連接，步進電機驅動器通過四芯電纜與正弦調諧機構連接。
正弦調諧機構包括步進電機，步進電機的轉動軸與絲杠同軸連接，步進電機通過四芯電纜與步進電機驅動器連接，驅動桿一端安裝在滑塊上，驅動桿的另一端頂在直角三角板斜邊上，直角三角板能夠繞活動支撐桿轉動，調諧鏡安裝在直角三角板上。
本實用新型采用雙側縱向泵浦，掠入射腔型設計，在低Q值腔中實現穩定的激光輸出。光纖傳輸的泵浦光經耦合器對放大器實施縱向泵浦，可實現即插即用免調節的人本設計理念，結合優良的諧振腔設計可實現近基橫模的激光輸出。由端鏡調節機構可實現腔長的連續變化，從而實現了縱模間隔的連續調諧。由光柵角度調諧機構可實現光柵掠入射角度的連續變化，從而實現染料激光線寬的連續變化。由調諧鏡相對于光柵角度的變化，實現激光波長的寬帶連續調諧和激光器輸出波長的閉環控制。
圖1是本實用新型的多縱模染料激光器的結構示意圖； 圖2是本實用新型的自動控制系統的結構示意圖； 圖3是本實用新型的正弦調諧機構的結構示意圖。
其中 1、2、21光纖3、4、22光纖耦合器 5端鏡 6染料激光振蕩放大器 7光柵 8調諧鏡 9反射鏡 10分光鏡 11采集光收集器 12標準通訊光纖 13波長計14、30USB數據線 15全自動控制系統16四芯電纜 17正弦調諧機構 18反射鏡 19級間耦合器20染料激光預放大器 31嵌入式工控機 32PCMCIA總線 33數據輸入/輸出卡 34方向信號 35脈沖信號 36步進電機驅動器 37步進電機 39滑塊 40驅動桿41絲杠 42直角三角板44活動支撐桿 具體實施方式
下面，參照附圖和實施例對本實用新型的多縱模染料激光器染料激光器進行詳細說明 如圖1所示，一種新型多縱模染料激光器，包括由光纖傳輸的泵浦光1經光纖耦合器3、端鏡5和泵浦光2經光纖耦合器4組成雙側縱向耦合至染料激光放大器6內，對染料激光介質進行泵浦。在染料激光放大器6的右側設置有光柵7，在光柵7的右側設置有反射鏡9，在反射鏡9的上方設置有分光鏡10，在分光鏡10的右側設置有采集光收集器11(市售)，采集光收集器11通過標準通訊光纖12與波長計13連接，波長計13通過USB數據線14與全自動控制系統15中的嵌入式工控機31的輸入端連接，全自動控制系統15中的步進電機驅動器36通過四芯電纜16與正弦調節機構17連接。
在分光鏡10的上方設置有反射鏡18，在反射鏡18的左側設置有級間耦合器19，級間耦合器19由準直凸鏡和匯聚凸鏡組成，在級間耦合器19的左側設置有染料激光預放大器器20。泵浦激光束經光纖21傳輸至光纖耦合器22內，并耦合至染料激光預放大器器20內。
如圖2所示，全自動控制系統15包括嵌入式工控機31，嵌入式工控機31通過PCMCIA總線32與數據輸入/輸出卡33連接，數據輸入/輸出卡33通過電纜與步進電機驅動器36連接，步進電機驅動器36通過四芯電纜16與正弦調諧機構17連接。
如圖3所示，正弦調諧機構17包括步進電機37，步進電機37的轉動軸與絲杠41同軸連接，步進電機37通過四芯電纜16與步進電機驅動器36連接，驅動桿40一端安裝在滑塊39上，驅動桿40的另一端頂在直角三角板42斜邊上，直角三角板42能夠繞活動支撐桿43轉動，調諧鏡8安裝在直角三角板42上。
其中，嵌入式工控機31采用研華UNO-2170，數據輸入/輸出卡33采用PCMCIA-6503，波長計17采用WS-7R，調諧鏡44為寬帶全反鏡，光柵7刻線為3000線/毫米。
本實用新型的工作過程如下 由光纖傳輸的泵浦光1經光纖耦合器3、端鏡5和泵浦光2經光纖耦合器4組成雙側縱向耦合至染料激光放大器6內，對染料激光介質進行泵浦。在被泵浦出的熒光經端鏡5和調諧鏡8以及光柵7組成的諧振腔進行腔行選擇而建立起染料激光。由諧振腔對激光的模式進行選擇，并為選擇出的激光模式提供正反饋，其中染料激光放大器為由諧振腔反饋回的激光模式提供能量增益。
染料激光經光柵7后產生兩束激光，一束是負一級反饋的衍射光束出24照射到調諧鏡8上，另一束為第零級輸出的輸出光束25照射到反射鏡9上。
輸出光束經反射鏡9反射后照射到分光鏡10，經分光鏡10分出采集激光26和輸出激光27。其中采集激光26傳輸到采集光收集器11內，采集激光26通過標準通訊光纖12傳輸至波長計13，波長計13對采集激光波長進行測量、并通過USB數據線14輸出波長數據至全自動控制系統15中的嵌入式工控機31，嵌入式工控機31通過USB數據線18接收波長數據，實現激光波長的反饋。嵌入式工控機31將反饋波長和設定波長比較，根據偏差繼續上述波長調節過程，直至反饋波長達到設定波長，從而實現染料激光器輸出激光波長的閉環控制。
輸出激光27經反射鏡18反射到級間耦合器19上，經級間耦合器19中的準直透鏡準直和匯聚透鏡聚焦后注入到染料激光預放大器20內。另由光纖傳輸的泵浦光通過光纖21傳輸至耦合器22后泵浦到染料激光預放大器20內，對輸出激光27進行放大后輸出。
嵌入式工控機31根據操作人員輸入的波長，并與當前波長比較獲得波長偏差，嵌入式工控機31通過計算確定步進電機37需要運轉的步數和運轉方向，嵌入式工控機31通過PCMCIA總線32、數據輸入/輸出卡33輸出控制步進電機37運轉方向的方向信號34(高或低電平)和運轉步數的脈沖信號35，步進電機驅動器36接收方向信號34和脈沖信號35，步進電機驅動器36按照方向信號34和脈沖信號35輸出步進電機37需要運轉的驅動脈沖，驅動脈沖通過四芯電纜驅動正弦調諧機構17中的步進電機37運轉。步進電機37的轉動帶動絲杠41轉動，從而使滑塊39和驅動桿40一起做直線運動，驅動桿40推動直角三角板42繞活動支撐桿43轉動，安裝在直角三角板42上的調諧鏡8同時轉動而改變調諧鏡8與光柵7的夾角，夾角的改變使輸出光束25的波長改變，這樣就實現了波長的控制。
本實用新型采用雙側縱向泵浦，掠入射腔型設計，在低Q值腔中實現穩定的激光輸出。光纖傳輸的泵浦光經耦合器對放大器實施縱向泵浦，可實現即插即用免調節的人本設計理念，結合優良的諧振腔設計可實現近基橫模的激光輸出。由端鏡調節機構可實現腔長的連續變化，從而實現縱模間隔的連續調諧。由光柵角度調諧機構可實現光柵掠入射角度的連續變化，從而實現染料激光線寬的連續變化。由調諧鏡相對于光柵角度的變化，實現激光波長的寬帶連續調諧和激光器輸出波長的閉環控制。
權利要求1.一種新型多縱模染料激光器，其特征在于包括由光纖耦合器(3)、光纖耦合器(4)組成的雙側縱向泵浦結構，端鏡(5)的右側設置有染料激光放大器(6)，在其右側有光柵(7)，光柵(7)的上方是調諧鏡(8)，在光柵(7)的右側設置有反射鏡(9)，在反射鏡(9)的上方設置有分光鏡(10)，在分光鏡(10)的右側設置有采集光收集器(11)，采集光收集器(11)通過標準通訊光纖(12)與波長計(13)連接，波長計(13)通過USB數據線(14)與全自動控制系統(15)的輸入端連接，全自動控制系統(15)通過四芯電纜(16)與正弦調諧機構(17)連接，在分光鏡(10)的上方設置有反射鏡(18)，在反射鏡(18)的左側設置有級間耦合器(19)，在級間耦合器(19)的左側設置有染料激光預放大器(20)，泵浦激光束通過光纖傳輸至光纖耦合器(22)內。
2.根據權利要求1所述的新型多縱模染料激光器，其特征在于全自動控制系統(15)包括嵌入式工控機(31)，嵌入式工控機(31)通過PCMCIA總線(32)與數據輸入/輸出卡(33)連接，數據輸入/輸出卡(33)通過電纜與步進電機驅動器(36)連接，步進電機驅動器(36)通過四芯電纜(16)與正弦調諧機構(17)連接。
3.根據權利要求1所述的新型多縱模染料激光器，其特征在于正弦調諧機構(17)包括步進電機(37)，步進電機(37)的轉動軸與絲杠(41)同軸連接，步進電機(37)通過四芯電纜(16)與步進電機驅動器(36)連接，驅動桿(40)一端安裝在滑塊(39)上，驅動桿(40)的另一端頂在直角三角板(42)斜邊上，直角三角板(42)能夠繞活動支撐桿(43)轉動，調諧鏡(8)安裝在直角三角板(42)上。
專利摘要本實用新型公開了一種新型多縱模染料激光器，包括光纖傳輸的雙側縱向泵浦光、端鏡、光柵和調諧鏡組成的振蕩級。還包括分光鏡、采集光收集器、波長計、全自動控制系統和正弦調諧機構，它們組成了整個激光振蕩級的檢測和自動控制功能。還包括反射鏡、級間耦合器、染料激光預放大器，泵浦激光束通過光纖傳輸至耦合器內對染料預防大器中的染料激光進行放大，形成了激光器的放大級，經放大后的染料激光即可輸出使用。本實用新型實現了穩定的激光輸出，實現了染料激光線寬的連續變化，實現了激光波長的寬帶連續調諧和激光器輸出波長的調諧、掃描、步進、遠程控制等通用功能及染料激光波長的閉環控制。
文檔編號H01S3/082GK201584644SQ20092025232
公開日2010年9月15日 申請日期2009年12月30日 優先權日2009年12月30日
發明者張曉衛, 郭津博, 陳日升, 孫桂俠 申請人:核工業理化工程研究院華核新技術開發公司