專利名稱：具有布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置的雙波長雙脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光應(yīng)用技術(shù)，也涉及大氣污染檢測技術(shù)。
在用于檢測大氣污染的差分吸收激光雷達(dá)中，雙波長激光器是必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。由于其工作機(jī)理是通過測量兩個(gè)相繼輸出不同波長的激光脈沖回波信號來計(jì)算出大氣污染物(SO2，NO2等)的濃度，因此，對從激光器輸出的激光脈沖信號有較高的要求即要求從一個(gè)波長的激光脈沖切換到另一個(gè)波長的激光脈沖的時(shí)間間隔應(yīng)控制在很短時(shí)間內(nèi)，例如數(shù)微秒到數(shù)十毫秒內(nèi)，并可以在某一范圍內(nèi)作出調(diào)節(jié)，同時(shí)兩個(gè)波長也要在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有技術(shù)中的一般激光器尚不能滿足以上要求。1995年1月，德國“光學(xué)和光電子學(xué)新聞”遙感專集中發(fā)表了一篇題為“車載全固化激光雷達(dá)系統(tǒng)的三維大氣污染監(jiān)測”的論文(J.P.wolf，“3-D minitoring ofair pollution using mobile′All-Solid-State′lidar system”，optics & photonics News，Jan，1995，P27)，文中公開了一種使用具有平行表面的棱鏡旋轉(zhuǎn)的方法來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)波長切換的方法。分析該方案可以發(fā)現(xiàn)，所述激光束通過旋轉(zhuǎn)的棱鏡后，其光路將會發(fā)生改變，因而使激光腔光路的安排較為麻煩，而且激光束經(jīng)過棱鏡時(shí)，會有反射損失。
本實(shí)用新型的目的在于，利用布儒斯特平晶的旋轉(zhuǎn)，在不改變光路的情形下，能使激光器先后相繼輸出兩個(gè)不同波長的脈沖信號，滿足差分吸收激光雷達(dá)對激光器的使用要求。
本實(shí)用新型所述的激光器，包括現(xiàn)有技術(shù)中的激光束耦合輸出鏡，Q開關(guān)晶體，可調(diào)諧激光晶體，色散棱鏡和全反射鏡，其特征在于，在所述可調(diào)諧激光晶體與色散棱鏡之間的光路上設(shè)置有布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置，該裝置由微型電機(jī)及轉(zhuǎn)動頭構(gòu)成，轉(zhuǎn)動頭包括有底座及上蓋，底座中心孔穿套在電機(jī)的主軸上并予以固定，在底座側(cè)壁的不同方位處設(shè)有兩個(gè)用以穿過激光束的通孔，在每個(gè)孔的光路上分別設(shè)有與激光束在水平面內(nèi)入射角成布儒斯特角的玻璃平晶。為力求轉(zhuǎn)動頭運(yùn)行平穩(wěn)，可在每個(gè)孔的光路上分別設(shè)置兩塊相互平行的玻璃平晶，并以底座中心對稱放置。兩組玻璃平晶與激光束的夾角大小相等，方向相反或者相同。在從轉(zhuǎn)動頭射出的每條光束的光路上分別設(shè)有色散棱鏡及全反射鏡。在轉(zhuǎn)動頭的外表面上還設(shè)有光電觸發(fā)裝置。
本實(shí)用新型所述的激光器中，激光束從轉(zhuǎn)動頭底座側(cè)壁不同方位的通孔中穿過后到達(dá)色散棱鏡，由于轉(zhuǎn)動頭高速旋轉(zhuǎn)，因此，從兩個(gè)通孔中分別穿過激光束脈沖信號的時(shí)間間隔能有效地控制在數(shù)十毫秒內(nèi)。所述玻璃平晶與激光束成布儒斯特角，無反射損耗，可以較好地保持原激光束的特性。另一方面，光束通過布儒斯特平晶后仍然是平行原光束射出，不改變原激光器的光路，便于激光腔光路的安排。
本實(shí)用新型所述的激光器，當(dāng)激光束在兩組玻璃平晶上的入射角大小相等、方向相反時(shí)，則激光束在兩組玻璃平晶上的入射角分列在光束軸線的兩側(cè)，從轉(zhuǎn)動頭射出的是在水平面內(nèi)被分離開來的兩條平行的光束，在此兩條光路上分別設(shè)置色散棱鏡及全反射鏡后即構(gòu)成雙波長雙脈沖光路。該種型號激光器能夠用于檢測大氣污染程度的差分吸收激光雷達(dá)中。當(dāng)兩組玻璃平晶與激光束的夾角的方向相同時(shí)，則從轉(zhuǎn)動頭射出的光束方向完全相同，空間位置也完全相同，只需設(shè)置一塊色散棱鏡及全反射鏡，構(gòu)成單波長雙脈沖光路。該種型號激光器能夠用于動態(tài)全息術(shù)等方面。如果在底座側(cè)壁上設(shè)有多個(gè)通孔，形成多條光路，將得到多波長多脈沖光路，這種型號激光器可用于通訊系統(tǒng)中。
下面通過附圖、實(shí)施例及其附圖作進(jìn)一步描述。
圖1是本實(shí)用新型所述激光器實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，(1)為耦合輸出鏡，(2)為Q開關(guān)晶體，(3)為可調(diào)諧激光晶體，(4)為布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置，(5)為色散棱鏡P1，(6)為全反射鏡M1，(7)為全反射鏡M2，(8)為色散棱鏡P2，(9)為光電觸發(fā)裝置，(10)為微型電機(jī)，(11)為支承架。
圖2是本實(shí)用新型所述布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置的實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖中作了A-A剖視。
圖中，(12)為底座上蓋，(13)為轉(zhuǎn)動頭底座，，(14)為設(shè)在底座側(cè)壁上的通孔，(15)為玻璃平晶，(16)為微型電機(jī)與底座的連接件。
圖3是圖2的俯視圖。圖中作了B-B剖視，(17)為觸發(fā)指針。
本實(shí)施例中，在轉(zhuǎn)動頭底座(13)的側(cè)壁上設(shè)有兩個(gè)用以穿過激光束的通孔(14)，孔徑大于所述可調(diào)諧激光晶體直徑的1.5倍。在每個(gè)孔的光路上，分別設(shè)有兩塊相互平行的玻璃平晶(15)。它們嵌在底座的槽中，并且由上蓋(12)壓緊。θ角為玻璃平晶與通孔軸線的夾角，約等于33°，其激光束在玻璃平晶上的入射角為90°-33°＝57°，即為布儒斯特角。每組兩塊玻璃平晶均以底座中心對稱放置，以使轉(zhuǎn)動頭受力均衡，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。兩通孔的軸線相互垂直，能方便玻璃平晶的布置。由圖3可知，本實(shí)施例的兩組玻璃平晶與激光束的夾角θ大小相等，方向相反。因此在其后部設(shè)有兩路光路部件，即色散棱鏡P1和全反射鏡M1構(gòu)成一路，色散棱鏡P2和全反射鏡M2構(gòu)成另一路。
所述玻璃平晶的厚度由激光晶體的直徑和玻璃平晶材料的折射率確定，玻璃平晶的厚度L≥d4•nn2+1n2-1]]>其中，d為激光晶體直徑，n為玻璃平晶材料的折射率。例如，d＝6mm，n＝1.5163時(shí)，計(jì)算得到L≥3.18，則可取L＝4mm。所述玻璃平晶的面積大于孔徑面積。
微型電機(jī)轉(zhuǎn)速w(轉(zhuǎn)/秒)由所要求的兩個(gè)波長各自脈沖的時(shí)間間隔ΔT所決定，有1/w＝4ΔT。例如，當(dāng)要求ΔT為10×10-3(即10毫秒)秒時(shí)，則要求馬達(dá)轉(zhuǎn)速為25轉(zhuǎn)/秒，即1500轉(zhuǎn)/分。
所述的光電觸發(fā)裝置是本領(lǐng)域常用的光電觸發(fā)器械，它由安裝在轉(zhuǎn)動頭外表面上的兩個(gè)觸發(fā)指針(16)和安裝在固定支承架(11)上的光電觸發(fā)器組成，觸發(fā)指針和光電觸發(fā)器安裝的位置與激光技術(shù)領(lǐng)域中常用的調(diào)Q轉(zhuǎn)鏡的觸發(fā)裝置的情形類同。觸發(fā)指針隨同轉(zhuǎn)動頭轉(zhuǎn)動到觸發(fā)器的方位時(shí)，觸發(fā)指針快速掃過光電觸發(fā)器時(shí)產(chǎn)生電脈沖信號，經(jīng)延時(shí)后觸發(fā)氙燈并激發(fā)激光晶體進(jìn)入工作狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種具有布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置的雙波長雙脈沖激光器，包括現(xiàn)有技術(shù)中的激光束耦合輸出鏡，Q開關(guān)晶體，可調(diào)諧激光晶體，色散棱鏡和全反射鏡，其特征在于，在所述可調(diào)諧激光晶體與色散棱鏡之間的光路上設(shè)置有布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置，該裝置由微型電機(jī)及轉(zhuǎn)動頭構(gòu)成，轉(zhuǎn)動頭包括有底座及上蓋，底座中心孔穿套在微型電機(jī)的主軸上并予以固定，在底座側(cè)壁的不同方位處設(shè)有兩個(gè)用以穿過激光束的通孔，每個(gè)孔的光路上分別設(shè)有與激光束在水平面內(nèi)入射角成布儒斯特角的玻璃平晶，兩組玻璃平晶與激光束的夾角大小相等、方向相反，在從轉(zhuǎn)動頭射出的每條光束的光路上分別設(shè)有色散棱鏡及全反射鏡，在轉(zhuǎn)動頭的外表面上還設(shè)有光電觸發(fā)裝置。
2.如權(quán)利要求成1所述的激光器，其特征在于，每個(gè)孔的光路上能分別設(shè)有兩塊相互平行的玻璃平晶，并以底座中心對稱放置。
3.如權(quán)利要求成1所述的激光器，其特征在于兩組玻璃平晶與激光束的夾角也能夠是大小相等、方向相同。
專利摘要本實(shí)用新型涉及激光應(yīng)用技術(shù)。所述激光器包括激光束耦合輸出鏡,Q開關(guān)晶體,可調(diào)諧激光晶體,色散棱鏡和全反射鏡,在激光晶體與色散棱鏡間的光路上設(shè)有由微型電機(jī)及轉(zhuǎn)動頭構(gòu)成的布儒斯特平晶轉(zhuǎn)動裝置。轉(zhuǎn)動頭高速旋轉(zhuǎn),從其側(cè)壁兩個(gè)通孔中分別穿過的激光束脈沖信號的時(shí)間間隔能控制在數(shù)十毫秒內(nèi)。玻璃平晶與激光束成布儒斯特角,無反射損耗。激光束通過平晶后仍平行原光束射出,便于光路安排。本激光器能用于檢測大氣污染程度的差分吸收激光雷達(dá)中。
文檔編號H01S3/106GK2363405SQ9920263
公開日2000年2月9日 申請日期1999年1月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年1月23日
發(fā)明者謝建平, 王佩林, 是度芳, 王正林, 賀渝龍, 明海, 孫小紅, 吳云霞 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué), 華中理工大學(xué)