一种产生红外2.7微米激光的装置及方法
【专利摘要】本发明属于激光【技术领域】，具体涉及一种产生红外2.7微米激光的装置及方法。本发明利用高密度的铷原子蒸汽室，通过420nm激光泵浦的作用将铷原子泵浦到62P3/2态，建立铷原子62P3/2态与62S1/2态之间的布居数反转，在外加激光谐振腔的反馈作用下，达到激光阈值后输出对应铷原子能级跃迁的红外2.732微米波段激光。从已有文献资料上从来没有关于这种红外2.7微米波段激光的报道，本发明产生红外2.732微米波段激光的技术方案，在原理、结构、方法及装置等方面，简单可靠，克服各种传统红外2.7微米波段激光的研制复杂性，因此工作稳定，具有重要的应用价值，是产生红外2.732微米波段激光的新途径。
【专利说明】—种产生红外2.7微米激光的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于激光【技术领域】，具体涉及一种产生红外2.7微米激光的装置及方法。【背景技术】
[0002]红外2.7微米波段的激光由于有着广泛和特殊的应用背景，在激光【技术领域】一直受到极大的关注和重视。近年来，国际上的研发机构前后研发了红外2.7微米波段的半导体激光、级联激光、双激光泵浦相干辐射等不同的技术来产生红外2.7微米波段的激光光源。红外2.7微米波段激光的进展，无论在单色性还是在输出激光的功率等方面都有所进步。但是，所有这些红外2.7微米波段激光技术在技术成熟度以及生产的简单性上还需要努力。
【发明内容】
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本发明要解决的技术问题是:如何提供一种产生红外2.7微米激光的装置及方法，要求其技术方案简单可靠，能到克服各种传统红外2.7微米波段激光的研制复杂性问题。
[0005](二)技术方案
[0006]为解决上述技术问题，本发明提供一种产生红外2.7微米激光的装置，所述装置包括:
[0007]高密度铷原子蒸汽汽室1，其汽室窗口由可透射红外2.7微米波段的材料所制成，所述高密度铷原子蒸汽汽室I内充入有高密度铷原子蒸汽，并设有用于执行控温及保温操作的温控装置；
[0008]泵浦激光源2，其用于产生波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线对应的420nm泵浦激光；
[0009]第一激光谐振腔腔镜3，其设置于所述高密度铷原子蒸汽汽室I与泵浦激光源2之间，其设置为对420nm泵浦激光可透射；
[0010]第二激光谐振腔腔镜4，其与所述第一激光谐振腔腔镜3分置于所述高密度铷原子蒸汽汽室I两侧，且设置为与所述第一激光谐振腔腔镜3同为端面可反馈并可以耦合输出红外2.7微米激光。
[0011]其中，所述汽室窗口由蓝宝石或氟化钙制成。
[0012]其中，所述高密度铷原子蒸汽汽室I的温控装置用于控制其温度处于110摄氏度到170摄氏度之间的一个工作用温度点；通过温控装置的温度调节操作来调节红外2.7微米激光的输出功率变化。
[0013]其中，所述第一激光谐振腔腔镜3与第二激光谐振腔腔镜4上均设有压电陶瓷，两个腔镜之间的距离通过调节压电陶瓷上的电压来控制，从而实现控制输出激光的频率及功率大小。[0014]其中，所述泵浦激光源2设有用于扫描自身电流、温度、压电的扫描控制电路，该扫描控制电路用于控制泵浦激光源2所输出的激光稳定为波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线对应的420nm泵浦激光。
[0015]此外，本发明还提供一种产生红外2.7微米激光的方法，所述方法基于前述装置来实施，该方法具体包括如下步骤:
[0016]步骤S1:所述高密度铷原子蒸汽汽室I通过温控装置控制其温度处于110摄氏度到170摄氏度之间的一个工作用温度点；
[0017]步骤S2:所述泵浦激光源2产生420nm泵浦激光，所述420nm泵浦激光的波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线相对应，所述420nm泵浦激光经所述第一激光谐振腔腔镜3透射进入高密度铷原子蒸汽汽室I ;
[0018]步骤S3:在所述高密度铷原子蒸汽汽室I内，所述420nm泵浦激光将铷原子从52S1/2态泵浦到62P1/2态，建立起铷原子6P3/2态与6S1/2态之间的布居数反转；
[0019]步骤S4:在所述高密度铷原子蒸汽汽室I的增益作用下，并在所述第一激光谐振腔腔镜3及第二激光谐振腔腔镜4的激光反馈作用下，激光增益超过损耗时，达到红外2.7微米激光阈值；
[0020]步骤S5:所述第二激光谐振腔腔镜4 一端输出对应铷原子能级跃迁的红外2.7微米波段激光。
[0021]其中，所述方法还包括:
[0022]通过所述泵浦激光源2的扫描控制电路来扫描其自身电流、温度、压电的步骤；以及，
[0023]通过控制泵浦激光源2的驱动电源的电流、温度或腔长来调节所述泵浦激光波长的步骤。
[0024]其中，所述方法还包括:通过温控装置调节所述高密度铷原子蒸汽汽室I的温度来控制红外2.7微米激光的输出功率大小的步骤。
[0025]其中，所述方法还包括:通过调节固定于两个腔镜上的压电陶瓷的电压来控制两个腔镜之间的距离，从而控制输出的红外2.7微米激光的频率和功率的步骤。
[0026](三)有益效果
[0027]本发明利用高密度的铷原子蒸汽室，通过420nm激光泵浦的作用将铷原子泵浦到62P3/2态，建立铷原子62P3/2态与62S1/2态之间的布居数反转，在外加激光谐振腔的反馈作用下，达到激光阈值后输出对应铷原子能级跃迁的红外2.732微米波段激光。从已有文献资料上从来没有关于这种红外2.7微米波段激光的报道，本发明产生红外2.732微米波段激光的技术方案，在原理、结构、方法及装置等方面，简单可靠，克服各种传统红外2.7微米波段激光的研制复杂性，因此工作稳定，具有重要的应用价值，是产生红外2.732微米波段激光的新途径。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为本发明产生红外2.7微米激光的装置的结构示意图。
[0029]图2为本发明实施过程中相关铷原子能级结构示意图。【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0031]为解决现有技术的问题，本发明提供一种产生红外2.7微米激光的装置，如图1所示，所述装置包括:
[0032]高密度铷原子蒸汽汽室1，其汽室窗口由可透射红外2.7微米波段的材料所制成，所述高密度铷原子蒸汽汽室I内充入有高密度铷原子蒸汽，并设有用于执行控温及保温操作的温控装置；
[0033]泵浦激光源2，其用于产生波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线对应的420nm泵浦激光；
[0034]第一激光谐振腔腔镜3，其设置于所述高密度铷原子蒸汽汽室I与泵浦激光源2之间，其设置为对420nm泵浦激光可透射；
[0035]第二激光谐振腔腔镜4，其与所述第一激光谐振腔腔镜3分置于所述高密度铷原子蒸汽汽室I两侧，且设置为与所述第一激光谐振腔腔镜3同为端面可反馈并可以耦合输出红外2.7微米激光。
[0036]其中，所述汽室窗口由蓝宝石或氟化钙制成，或由其他可透射红外2.7微米波段的材料所制成。
[0037]其中，所述高密度铷原子蒸汽汽室I的温控装置用于控制其温度处于110摄氏度到170摄氏度之间的一个工作用温度点；通过温控装置的温度调节操作来调节红外2.7微米激光的输出功率变化。
[0038]其中，所述第一激光谐振腔腔镜3与第二激光谐振腔腔镜4上均设有压电陶瓷，两个腔镜之间的距离通过调节压电陶瓷上的电压来控制，从而实现控制输出激光的频率及功率大小。
[0039]其中，所述泵浦激光源2设有用于扫描自身电流、温度、压电的扫描控制电路，该扫描控制电路用于控制泵浦激光源2所输出的激光稳定为波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线对应的420nm泵浦激光。
[0040]此外，本发明还提供一种产生红外2.7微米激光的方法，所述方法基于前述装置来实施，该方法具体包括如下步骤:
[0041]步骤S1:所述高密度铷原子蒸汽汽室I通过温控装置控制其温度处于110摄氏度到170摄氏度之间的一个工作用温度点；
[0042]步骤S2:所述泵浦激光源2产生420nm泵浦激光，所述420nm泵浦激光的波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线相对应，所述420nm泵浦激光经所述第一激光谐振腔腔镜3透射进入高密度铷原子蒸汽汽室I ;
[0043]步骤S3:在所述高密度铷原子蒸汽汽室I内，所述420nm泵浦激光将足够的铷原子从52S1/2态泵浦到62P1/2态，建立起铷原子6P3/2态与6S1/2态之间的布居数反转；
[0044]步骤S4:在所述高密度铷原子蒸汽汽室I的增益作用下，并在所述第一激光谐振腔腔镜3及第二激光谐振腔腔镜4的激光反馈作用下，激光增益超过损耗时，达到红外2.7微米激光阈值；
[0045]步骤S5:所述第二激光谐振腔腔镜4 一端输出对应铷原子能级跃迁的红外2.7微米波段激光。
[0046]其中，所述方法还包括:
[0047]通过所述泵浦激光源2的扫描控制电路来扫描其自身电流、温度、压电的步骤；以及，
[0048]通过控制泵浦激光源2的驱动电源的电流、温度或腔长来调节所述泵浦激光波长的步骤。
[0049]其中，所述方法还包括:通过温控装置调节所述高密度铷原子蒸汽汽室I的温度来控制红外2.7微米激光的输出功率大小的步骤。
[0050]其中，所述方法还包括:通过调节固定于两个腔镜上的压电陶瓷的电压来控制两个腔镜之间的距离，从而控制输出的红外2.7微米激光的频率和功率的步骤。
[0051]下面结合具体实施例进行详细描述。
[0052]实施例
[0053]本实施例中，如图1所示，该产生红外2.7微米激光的装置包括:温度可控装有高密度铷原子蒸汽的蓝宝石或氟化钙窗口汽室l、420nm泵浦激光源2、第一激光谐振腔腔镜3以及第二激光谐振腔腔镜4。高密度铷汽室I作为激光增益介质起到增益作用，420nm泵浦激光源2产生的420nm泵浦激光将铷原子泵浦到62P3/2态，建立铷原子62P3/2态与62S1/2态之间的布居数反转，第一激光谐振腔腔镜3以及第二激光谐振腔腔镜4具有2.7微米激光反馈功能，分别置于铷汽室两端侧，第一激光谐振腔腔镜3对于420nm泵浦激光是透射的，两个激光腔镜之间距离可调节。
[0054]如图2所示，从铷原子的能级图来看，当420nm泵浦激光2与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线波长对应时，高密度铷汽室I中铷原子泵浦到62P3/2态，建立铷原子62P3/2态与62S1/2态之间的布居数反转，第一激光谐振腔腔镜3以及第二激光谐振腔腔镜4具有
2.732微米激光反馈功能，当增益大于损耗时，达到了激光的阈值，激光谐振腔一端输出对应铷原子能级跃迁的红外2.732微米波段激光。
[0055]本发明的另一实施例是，将泵浦激光的波长调节到422nm，让其与铷原子从52S1/2态到62P1/2态跃迁谱线波长对应时，高密度铷汽室I中铷原子泵浦到62P1/2态，建立铷原子62P1/2态与62S1/2态之间的布居数反转，第一激光谐振腔腔镜3以及第二激光谐振腔腔镜4具有2.791微米激光反馈功能，当增益大于损耗时，达到了激光的阈值，激光谐振腔一端输出对应铷原子能级跃迁的红外2.791微米波段激光。其他的技术和方法与红外2.732微米波段激光的输出的实施例一致。
[0056]其中，所述泵浦激光的波长可通过驱动电源的电流、温度或腔长的调节来实现。
[0057]所述输出的红外2.7微米激光的频率和功率通过两种调节方法来调节:(I)通过调节铷原子汽室的温度，可以适当调节输出红外2.7微米激光的功率；(2)通过调节激光谐振腔腔镜3、4上的压电陶瓷电压，来调节红外2.7微米激光的频率和功率。
[0058]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种产生红外2.7微米激光的装置，其特征在于，所述装置包括: 高密度铷原子蒸汽汽室(I )，其汽室窗口由可透射红外2.7微米波段的材料所制成，所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)内充入有高密度铷原子蒸汽，并设有用于执行控温及保温操作的温控装置； 泵浦激光源(2)，其用于产生波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线对应的420nm泵浦激光； 第一激光谐振腔腔镜(3)，其设置于所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)与泵浦激光源(2)之间，其设置为对420nm泵浦激光可透射； 第二激光谐振腔腔镜(4)，其与所述第一激光谐振腔腔镜(3)分置于所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)两侧，且设置为与所述第一激光谐振腔腔镜(3)同为端面可反馈并可以耦合输出红外2.7微米激光。
2.如权利要求1所述的产生红外2.7微米激光的装置，其特征在于，所述汽室窗口由蓝宝石或氟化钙制成。
3.如权利要求1所述的产生红外2.7微米激光的装置，其特征在于，所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)的温控装置用于控制其温度处于Iio摄氏度到170摄氏度之间的一个工作用温度点；通过温控装置的温度调节操作来调节红外2.7微米激光的输出功率变化。
4.如权利要求1所述的产生红外2.7微米激光的装置，其特征在于，所述第一激光谐振腔腔镜(3)与第二激光谐振腔腔镜(4)上均设有压电陶瓷，两个腔镜之间的距离通过调节压电陶瓷上的电压来控制，从而实现控制输出激光的频率及功率大小。
5.如权利要求1所述的产生红外2.7微米激光的装置，其特征在于，所述泵浦激光源 (2)设有用于扫描自身电流、温度、压电的扫描控制电路，该扫描控制电路用于控制泵浦激光源(2)所输出的激光稳定为波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线对应的420nm泵浦激光。
6.—种产生红外2.7微米激光的方法,其特征在于，所述方法基于权利要求1所述的装置来实施，该方法具体包括如下步骤: 步骤S1:所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)通过温控装置控制其温度处于110摄氏度到170摄氏度之间的一个工作用温度点； 步骤S2:所述泵浦激光源(2)产生420nm泵浦激光，所述420nm泵浦激光的波长与铷原子从52S1/2态到62P3/2态跃迁谱线相对应，所述420nm泵浦激光经所述第一激光谐振腔腔镜(3)透射进入高密度铷原子蒸汽汽室(I)； 步骤S3:在所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)内，所述420nm泵浦激光将铷原子从52S1/2态泵浦到62P1/2态，建立起铷原子6P3/2态与6S1/2态之间的布居数反转； 步骤S4:在所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)的增益作用下，并在所述第一激光谐振腔腔镜(3)及第二激光谐振腔腔镜(4)的激光反馈作用下，激光增益超过损耗时，达到红外2.7微米激光阈值； 步骤S5:所述第二激光谐振腔腔镜(4) 一端输出对应铷原子能级跃迁的红外2.7微米波段激光。
7.如权利要求6所述的产生红外2.7微米激光的方法，其特征在于，所述方法还包括: 通过所述泵浦激光源(2)的扫描控制电路来扫描其自身电流、温度、压电的步骤；以及， 通过控制泵浦激光源(2)的驱动电源的电流、温度或腔长来调节所述泵浦激光波长的步骤。
8.如权利要求6所述的产生红外2.7微米激光的方法，其特征在于，所述方法还包括:通过温控装置调节所述高密度铷原子蒸汽汽室(I)的温度来控制红外2.7微米激光的输出功率大小的步骤。
9.如权利要求6所述的产生红外2.7微米激光的方法，其特征在于，所述方法还包括:通过调节固定于两个腔镜上的压电陶瓷的电压来控制两个腔镜之间的距离，从而控制输出的红外2.7微米激光的频率 和功率的步骤。
【文档编号】H01S3/227GK103872574SQ201410097929
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月17日 优先权日:2014年3月17日
【发明者】郭弘, 罗斌, 陈景标 申请人:北京大学