鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法和雷射器的製作方法

2023-12-02 02:02:16 1

專利名稱：鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法和雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及鹼金屬氣體雷射技術，特別涉及一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金 屬氣體雷射的方法和雷射器，屬於雷射技術領域。
背景技術：
利用鹼金屬氣體原子輸出鹼金屬氣體雷射，能夠作為高相干性的氣體雷射光源。 圖1為現有鹼金屬氣體原子能級示意圖，如圖1所示，在鹼金屬原子態表示中，主量子數η =2(鋰)，3(鈉)，4(鉀)，5(銣)或6(銫)；其中具有一條01(激發態ηρ 2Ρ1/2到基態ns 2S1/2之間躍遷)譜線，一條D2 (激發態np 2Pv2到基態ns 2Sv2之間躍遷)譜線。現有技術中，輸出鹼金屬氣體雷射的方式主要有以下兩種。一種是，利用氦氣無極燈泵浦技術實現鹼金屬銫氣體原子在高激發態能級之間的 雷射輸出，但卻不能實現各種鹼金屬氣體原子在激發態np 2P1/2,3/2或激發態(n+l)p 2P172,3/2 到基態ns 2Sv2之間躍遷譜線上的氣體雷射輸出。在這裡，無極燈由高頻發生器、耦合器和 燈泡三部分組成；它是通過高頻發生器的電磁場以感應的方式耦合到燈內，使燈泡內的氣 體雪崩電離，形成等離子體，等離子受激原子返回基態時輻射出各種與原子躍遷譜線對應 的光。另一種是，利用染料雷射泵浦、鈦寶石雷射泵浦或半導體雷射泵浦技術實現鹼金 屬氣體原子在D1譜線上的雷射輸出，但是，其泵浦光源頻率存在長期不穩定性的缺陷。

發明內容
本發明為了實現採用穩定的泵浦光源泵浦輸出所需波長的鹼金屬氣體雷射的目 的，提供了一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法和雷射器，以利用鹼金 屬氣體無極燈作為泵浦光源來實現鹼金屬氣體原子在激發態np 2P1/2,3/2或激發態(n+l)p Γ1/2,3/2 到基態ns 2S1/2之間躍遷譜線上的氣體雷射輸出。為實現上述目的，本發明提供了一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射 的方法，包括採用鹼金屬氣體無極燈產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光泵浦 汽室中的鹼金屬氣體原子，以使所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子躍遷到所述第一激發 態，其中，所述鹼金屬氣體無極燈中所充鹼金屬氣體與所述汽室中的鹼金屬氣體種類相 同；通過所述汽室中混合的其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室中的所述鹼金 屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發態遷移至與所 述第一 激發態相近的第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉；在所述汽室所處的諧振腔的反饋作用下，輸出所述第二激發態到所述基態之間躍 遷譜線對應頻率的鹼金屬氣體雷射。
為實現上述目的，本發明還提供了一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體激 光的雷射器，包括帶壓電陶瓷的諧振腔，所述諧振腔靠近所述壓電陶瓷的一側設置有高反鏡，所述 諧振腔的另一端設置有耦合透鏡；與所述諧振腔的軸線方向垂直並依次設置有內充鹼金屬氣體的鹼金屬氣體無極 燈、濾光片以及聚焦透鏡，用於產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光；設置於所述諧振腔內的汽室，所述汽室內充有與所述鹼金屬氣體無極燈內的所述 鹼金屬氣體相同的鹼金屬氣體，並混合有用於與所述汽室內的所述鹼金屬氣體原子碰撞的 其他氣體原子和/或氣體分子；設置於所述耦合透鏡和所述汽室之間的偏振分束器，且所述偏振分束器與所述鹼 金屬氣體無極燈、所述濾光片以及所述聚焦透鏡位於一條直線上，用於將所述泵浦光耦合 進所述汽室，並透過所述汽室輸出的鹼金屬氣體雷射；其中，所述泵浦光泵浦所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子，所述汽室中的所述鹼 金屬氣體原子躍遷到所述第一激發態；通過所述其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室 中的所述鹼金屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發 態遷移至第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉；在所述諧振腔的反 饋作用下，輸出所述第二激發態到基態之間躍遷譜線對應頻率的所述鹼金屬氣體雷射。為實現上述目的，本發明還提供了一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體激 光的雷射器，包括帶壓電陶瓷的諧振腔，所述諧振腔靠近所述壓電陶瓷的一側設置有耦合透鏡，所 述諧振腔的另一端設置有雷射高反泵浦光透射鏡；依次設置於所述諧振腔內的所述雷射高反泵浦光透射鏡一側外的內充鹼金屬氣 體的鹼金屬氣體無極燈、濾光片以及聚焦透鏡，用於產生在第一激發態到基態之間躍遷譜 線所發泵浦光，其中所述聚焦透鏡設置於近所述雷射高反泵浦光透射鏡一端；設置於所述諧振腔內的汽室，所述汽室內充有與所述鹼金屬氣體無極燈內的所述 鹼金屬氣體相同的鹼金屬氣體，並混合有用於與所述汽室內的所述鹼金屬氣體原子碰撞的 其他氣體原子和/或氣體分子；其中，所述泵浦光泵浦所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子，所述汽室中的所述鹼 金屬氣體原子躍遷到所述第一激發態；通過所述其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室 中的所述鹼金屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發 態遷移至第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉；在所述諧振腔的反 饋作用下，輸出所述第二激發態到所述基態之間躍遷譜線對應頻率的所述雷射。由上述技術方案可知，本發明的鹼金屬氣 體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方 法和雷射器，由於採用鹼金屬氣體無極燈作為泵浦光源，對鹼金屬氣體無極燈發射的光源 作必要的濾光即可滿足不同波長的泵浦需求，確保了泵浦光源的頻率穩定性和泵浦效率， 無需對泵浦光源的波長或頻率進行穩頻控制，因此泵浦光源能夠長期連續工作，且增加了 輸出雷射的頻率的穩定性和使用壽命。另外，由於汽室中是與鹼金屬氣體無極燈中的鹼金 屬氣體同一種類的鹼金屬氣體原子，所以輸出雷射的波長或頻率就在鹼金屬氣體原子的譜 線上。


圖1為現有鹼金屬氣體原子能級示意圖；圖2為本發明鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法實施例的流程 示意圖；圖3為本發明鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器第一實施例 的結構示意圖；圖4為本發明鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器第二實施例 的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例 中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。圖2為本發明鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法實施例的流程 示意圖。如圖2所示，包括如下步驟步驟201、採用鹼金屬氣體無極燈產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵 浦光泵浦汽室中的鹼金屬氣體原子，以使所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子躍遷到所述第 一激發態。其中，所述鹼金屬氣體無極燈中所充鹼金屬氣體與所述汽室中的鹼金屬氣體種類 相同；例如用銫無極燈泵浦銫氣體原子，或用銣無極燈泵浦銣氣體原子。結合圖1所示， 採用鹼金屬氣體無極燈產生在激發態np 2Pv2到基態ns 2S1/2之間躍遷譜線所發泵浦光將 鹼金屬氣體原子激發到激發態np 2Pv2 ；或者採用鹼金屬氣體無極燈產生在激發態np 2P172 到基態ns 2Sv2之間躍遷譜線所發泵浦光將鹼金屬氣體原子激發到激發態np 2Pv2 ；或者 採用鹼金屬氣體無極燈產生在激發態(n+l)p 2Pv2到基態ns 2Sv2之間躍遷譜線所發泵浦 光將鹼金屬氣體原子激發到激發態(n+l)p 2Pv2 ；或者採用鹼金屬氣體無極燈產生在激發 態(n+l)p 2P1/2到基態ns 2S1/2之間躍遷譜線所發泵浦光將鹼金屬氣體原子激發到激發態 (n+l)p 2P1/2。步驟202、通過所述汽室中混合的其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室中的 所述鹼金屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發態遷 移至與所述第一激發態相近的第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反 轉。其中，結合圖1所示，汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發態遷移至與 所述第一激發態相近的第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉具體可 以是激發態np 2Pv2的鹼金屬氣體原子轉 移到激發態np 2P1/2，從而形成激發態np 2P172 與基態ns 2S1/2之間的布局數反轉；或者激發態np 2P1/2的鹼金屬氣體原子轉移到激發態 np 2Pv2，從而形成激發態np 2Pv2與基態ns 2Sv2之間的布局數反轉；或者激發態(n+l)p 2P3/2的鹼金屬氣體原子轉移到激發態(n+l)p 2Pv2，從而形成激發態(n+l)p 2Pv2與基態ns2S1/2之間的布局數反轉；或者激發態(n+l)p 2P1/2的鹼金屬氣體原子轉移到激發態(n+l)p 2P3/2，從而形成激發態(n+l)p 2P3/2與基態ns 2S1/2之間的布局數反轉。另外，本發明實施例中，對於步驟202中為了形成激發態np 2P3/2與基態ns 2S1/2 之間的布局數反轉，或形成激發態(n+l)p 2P3/2與基態ns 2S1/2之間的布局數反轉，需要調 節所採用鹼金屬氣體無極燈產生在激發態np 2P1/2或(n+l)p 2P1/2到基態ns 2S1/2之間躍遷 譜線所發泵浦光中的各不同成分譜線強度。對於銫原子，可以將銫氣體無極燈中的基態6s 2S1/2的原子總角動量F = 3或F = 4對應譜線成分的光濾除。對於原子量為87的銣原子， 可以將銫氣體無極燈中的基態5s 2S1/2的F = 1或F = 2對應譜線成分的光濾除。步驟203、在所述汽室所處的諧振腔的反饋作用下，輸出所述第二激發態到所述基 態之間躍遷譜線對應頻率的鹼金屬氣體雷射。其中，結合圖1所示，頻率分別對應激發態np 2P1/2到基態ns 2S1/2之間躍遷譜線、 或激發態np 2P3/2到基態ns 2S1/2之間躍遷譜線、或激發態(n+l)p2P1/2到基態ns 2S1/2之間 躍遷譜線、或激發態(n+l)P 2P3/2到基態ns 2S1/2之間躍遷譜線。在本發明實施例中，汽室中的鹼金屬氣體原子和混合的其他氣體原子和/或氣體 分子統稱為增益介質，下文中有類似描述將不再具體聲明。本實施例提供的泵浦雷射方法，由於採用鹼金屬氣體無極燈作為泵浦光源，對鹼 金屬氣體無極燈發射的光源作必要的濾光即可滿足為了達到所述的布居數反轉要求的一 種或幾種不同波長的泵浦需求，確保了泵浦光源的頻率穩定性和泵浦效率，無需對泵浦光 源的波長或頻率進行穩頻控制，因此泵浦光源能夠長期連續工作，且增加了輸出雷射的頻 率的穩定性和使用壽命。另外，由於汽室中是與鹼金屬氣體無極燈中的鹼金屬氣體同一種 類的鹼金屬氣體原子，所以輸出雷射的波長或頻率就在鹼金屬氣體原子的譜線上，其輸出 的雷射為在原子鐘、原子磁計、原子幹涉儀方面的同種鹼金屬的光抽運以及光檢測提供了 穩定的工具。在上述實施例中，還可以通過控制雷射器的諧振腔的Q值，使腔模線寬小於或大 於雷射增益線寬，從而調節輸出雷射的線寬；還可以控制雷射器的諧振腔的長度，以調節輸 出雷射的輸出頻率。另外，由於增益介質是氣體，氣體的原子之間的相互作用較小，且雷射 器的諧振腔較長，輸出雷射的線寬將明顯窄於普通的半導體雷射器輸出的雷射的線寬。需要說明的是，在本發明實施例中所稱的「第一激發態」和「與第一激發態相近的 第二激發態」，是為了描述方便對兩個相鄰近的激發態的命名上的區分。即在本發明實施例 中，如果第一激發態是(n+l)p 2P1/2，那麼第二激發態即為(n+l)P 2P3/2 ；如果第一激發態是 np 2P3/2，那麼第二激發態即為np 2P1/2。圖3為本發明鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器第一實施例 的結構示意圖。如圖3所示，該泵浦雷射器包括帶壓電陶瓷8的諧振腔，該諧振腔靠近壓 電陶瓷8的一側設置有高反鏡6，該諧振腔的另一端設置有耦合透鏡7 ；與諧振腔的軸線方 向垂直並依次設置有內充鹼金屬氣體的鹼金屬氣體無極燈2、濾光片3以及聚焦透鏡4，鹼 金屬氣體無極燈2、濾光片3以及聚焦透鏡4結合用於產生在第一激發態到基態之間躍遷譜 線所發泵浦光；設置於諧振腔內的汽室1，該汽室1內充有與鹼金屬氣體無極燈2內的鹼金 屬氣體相同的鹼金屬氣體，並混合有用於與汽室1內的鹼金屬氣體原子碰撞的其他氣體原 子和/或氣體分子；設置於耦合透鏡7和汽室1之間的偏振分束器5，且該偏振分束器5與鹼金屬氣體無極燈2、濾光片3以及聚焦透鏡4位於一條直線上，用於將泵浦光耦合進汽室 1，並透過汽室1輸出的雷射。其中，利用鹼金屬氣體無極燈2的燈光通過濾光片3的濾光， 以及聚焦透鏡4的聚焦後的泵浦光對汽室1中的鹼金屬氣體原子進行泵浦，汽室1中的鹼 金屬氣體原子躍遷到第一激發態；通過其他氣體原子和/或氣體分子與汽室1中的鹼金屬 氣體原子的碰撞作用，汽室1中的鹼金屬氣體原子從第一激發態遷移至第二激發態，形成 第二激發態與基態之間的布局數反轉；在諧振腔的反饋作用下，諧振腔輸出第二激發態到 基態之間躍遷譜線對應頻率的鹼金屬氣體雷射。其中，壓電陶瓷8可以用來調節雷射器的諧振腔的腔長；汽室1帶有溫度控制，以 控制其中氣體的密度；汽室1的兩個玻璃端面可以鍍上增透膜來減低對泵浦光和雷射的損耗。圖4為本發明鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器第二實施例 的結構示意圖。如圖4所示，該泵浦雷射器包括帶壓電陶瓷8的諧振腔，諧振腔靠近壓電 陶瓷8的一側設置有耦合透鏡7，諧振腔的另一端設置有雷射高反泵浦光透射鏡61 ；依次設 置於諧振腔的雷射高反泵浦光透射鏡61 —側外的內充鹼金屬氣體的鹼金屬氣體無極燈2、 濾光片3以及聚焦透鏡4，用於產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光，其中聚 焦透鏡4設置於近雷射高反泵浦光透射鏡61 —端；設置於諧振腔內的汽室1，汽室1內充 有與鹼金屬氣體無極燈2內的鹼金屬氣體相同的鹼金屬氣體，並混合有用於與汽室1內的 鹼金屬氣體原子碰撞的其他氣體原子和/或氣體分子。其中，利用鹼金屬氣體無極燈2的 燈光通過濾光片3的濾光，以及聚焦透鏡4的聚焦後的泵浦光經過雷射高反泵浦光透射鏡 61對汽室1中的鹼金屬氣體原子進行泵浦，汽室1中的鹼金屬氣體原子躍遷到第一激發態； 通過其他氣體原子和/或氣體分子與汽室1中的鹼金屬氣體原子的碰撞作用，汽室1中的 鹼金屬氣體原子從第一激發態遷移至第二激發態，形成第二激發態與基態之間的布局數反 轉；在諧振腔的反饋作用下，諧振腔輸出第二激發態到基態之間躍遷譜線對應頻率的雷射。其中，壓電陶瓷8可以用來調節雷射器的諧振腔的腔長；汽室1帶有溫度控制，以 控制其中氣體的密度；汽室1的兩個玻璃端面可以鍍上增透膜來減低對泵浦光和雷射的損耗。
結合上述的方法和裝置實施例，本發明的另一實施例中，具體以銣原子(主量子 數n = 5)舉例說明在銣原子的D2譜線上泵浦Di譜線輸出氣體雷射的工作原理。汽室1中 充有銣原子蒸汽，汽室1的兩個玻璃端面可以鍍上增透膜來減低對泵浦光和雷射的損耗。 銣原子蒸汽的汽室1放置在雷射器的諧振腔內，並利用充有銣原子氣體的鹼金屬氣體無極 燈2濾光後的780nm波長處的D2譜線燈光經聚焦透鏡4進入汽室1作為泵浦光源。銣原子 蒸汽被激發到D2譜線的激發態，即5p 2P3/2態後，通過汽室1中混雜的乙烷和氦氣的作用， 這些被激發到D2譜線的激發態的原子轉移到第二個激發態，也就是Di譜線的激發態，即5p 2P1/2態，從而形成Di譜線的激發態5p 2p1/2與基態5s 2S1/2之間的布局數反轉。在雷射器的 諧振腔的反饋作用下，形成794. 7nm波長附近的譜線的雷射輸出。其中，調節鹼金屬氣體無極燈2的驅動電源來調節泵浦光功率；調節鹼金屬氣體 原子的汽室1溫度來調節鹼金屬氣體原子的密度，從而增加布局數反轉；調節與鹼金屬氣 體原子混合的乙烷和氦氣的氣壓，來調節鹼金屬氣體原子在兩個激發態之間遷移的速度； 通過調節壓電陶瓷8來調節諧振腔的腔長，從而調節雷射輸出的頻率；調節雷射器的諧振腔的耦合透鏡7的透射率來調節輸出雷射的功率；在需要線偏振雷射輸出時，如圖3所示， 偏振分束器5除了起到耦合泵浦光的作用之外，還應保證輸出的雷射是線偏振的。與已有的利用氦氣無極燈泵浦的鹼金屬氣體只能夠在一些高能級上實現雷射相 比，本發明所描述的雷射還可以工作在Di或D2譜線上，而氦氣無極燈泵浦的鹼金屬氣體激 光不能工作在口工或仏譜線上。與已有的利用染料雷射、鈦寶石雷射泵浦或半導體雷射泵浦 的在Di譜線上的鹼金屬氣體雷射相比，本發明的泵浦光源不同，本發明的泵浦光源由於頻 率長期穩定而不需要另外進行穩頻操作。此外，已有的利用染料雷射、鈦寶石雷射泵浦或半 導體雷射泵浦的在Di譜線上的鹼金屬氣體雷射只能工作在鹼金屬原子的Di譜線上，而本實 施例中所述雷射可以工作在鹼金屬原子的Di譜線上或D2譜線上。結合上述的方法和裝置實施例，本發明的另一實施例中，可以得到紫光，藍光，綠 光波長的雷射輸出。例如用鈉無極燈在激發態4p 2P3/2到基態3s 2S1/2之間躍遷譜線所發 泵浦光來泵浦鈉氣體原子，實現激發態4p 2P1/2到基態3s2S1/2之間的布局數反轉，並在汽室 所處的諧振腔的反饋作用下，輸出330. 3nm波長的紫色雷射；用銣無極燈在激發態6p %/2 到基態5s 2S1/2之間躍遷譜線所發泵浦光來泵浦銣氣體原子，實現激發態6p 2P1/2到基態5s 2S1/2之間的布局數反轉，並在汽室所處的諧振腔的反饋作用下，輸出421. 6nm波長的藍色激 光；用銫無極燈在激發態7p 2P3/2到基態6s 2S1/2之間躍遷譜線所發泵浦光來泵浦銫氣體原 子，實現激發態7p 2P1/2到基態6s 2S1/2之間的布局數反轉，並在汽室所處的諧振腔的反饋 作用下，輸出459. 3nm波長的綠色雷射。具體地，本發明實施例中的鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器 還可以實現微型化。例如所用的鹼金屬氣體原子的汽室1是微型化至中空的光纖充以鹼 金屬氣體而形成的，鹼金屬氣體無極燈的燈泡也用中空的光纖充以鹼金屬氣體形成，並且 泵浦光至汽室的光路也可以用光纖組成，雷射器的諧振腔也可以由光纖組成。特別指出，由 於本發明是用鹼金屬氣體無極燈作泵浦光源，又用鹼金屬氣體作為增益介質，因此，本發明 在此情形下與已有的所有其他光纖雷射器在泵浦光源和增益介質上有本質的區別。另外，本發明並不限於具體的一種鹼金屬氣體原子，而適用於鋰、鈉、鉀、銣、銫等 鹼金屬原子氣體。最後應說明的是以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其進行限制， 儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解其依 然可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而這些修改或者等同替換亦不能使修 改後的技術方案脫離本發明技術方案的精神和範圍。
權利要求
一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法，其特徵在於，包括採用鹼金屬氣體無極燈產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光泵浦汽室中的鹼金屬氣體原子，以使所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子躍遷到所述第一激發態，其中，所述鹼金屬氣體無極燈中所充鹼金屬氣體與所述汽室中的鹼金屬氣體種類相同；通過所述汽室中混合的其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發態遷移至與所述第一激發態相近的第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉；在所述汽室所處的諧振腔的反饋作用下，輸出所述第二激發態到所述基態之間躍遷譜線對應頻率的鹼金屬氣體雷射。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，在所述採用鹼金屬氣體無極燈產生在第 一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光泵浦汽室中的鹼金屬氣體原子之前，還包括所述鹼金屬氣體無極燈通過驅動產生燈光，所述燈光經過濾波後輸出在所述第一激發 態到所述基態之間躍遷譜線所發的燈光，並通過聚焦後輸出在所述第一激發態到所述基態 之間躍遷譜線所發泵浦光；其中，通過調節所述鹼金屬氣體無極燈的驅動電源能夠調節在所述第一激發態到所述 基態之間躍遷譜線所發泵浦光的輸出光功率。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括通過調節所述汽室的溫度改變所 述汽室內所述鹼金屬氣體原子的密度，以增加反轉的布局數。
4.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括通過調節所述汽室內混合的所述 其他氣體原子和/或氣體分子的氣壓加快所述鹼金屬氣體原子在兩個激發態之間的遷移 速度。
5.根據權利要求1-4任一所述的方法，其特徵在於，還包括調節所述諧振腔的腔長， 以調節所述第二譜線對應頻率的雷射的輸出頻率。
6.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述鹼金屬氣體原子為鋰、鈉、鉀、銣或銫。
7.—種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器，其特徵在於，包括帶壓電陶瓷的諧振腔，所述諧振腔靠近所述壓電陶瓷的一側設置有高反鏡，所述諧振 腔的另一端設置有耦合透鏡；與所述諧振腔的軸線方向垂直並依次設置有內充鹼金屬氣體的鹼金屬氣體無極燈、濾 光片以及聚焦透鏡，用於產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光；設置於所述諧振腔內的汽室，所述汽室內充有與所述鹼金屬氣體無極燈內的所述鹼金 屬氣體相同的鹼金屬氣體，並混合有用於與所述汽室內的所述鹼金屬氣體原子碰撞的其他 氣體原子和/或氣體分子；設置於所述耦合透鏡和所述汽室之間的偏振分束器，且所述偏振分束器與所述鹼金屬 氣體無極燈、所述濾光片以及所述聚焦透鏡位於一條直線上，用於將所述泵浦光耦合進所 述汽室，並透過所述汽室輸出的鹼金屬氣體雷射；其中，所述泵浦光泵浦所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子，所述汽室中的所述鹼金屬 氣體原子躍遷到所述第一激發態；通過所述其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室中的 所述鹼金屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發態遷移至第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉；在所述諧振腔的反饋作 用下，輸出所述第二激發態到基態之間躍遷譜線對應頻率的所述鹼金屬氣體雷射。
8.根據權利要求7所述的雷射器，其特徵在於，所述汽室帶有溫度控制。
9.根據權利要求7所述的雷射器，其特徵在於，所述汽室的兩個玻璃端面可以鍍上增透膜來減低對所述泵浦光和所述鹼金屬氣體雷射的損耗。
10.一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的雷射器，其特徵在於，包括帶壓電陶瓷的諧振腔，所述諧振腔靠近所述壓電陶瓷的一側設置有耦合透鏡，所述諧 振腔的另一端設置有雷射高反泵浦光透射鏡；依次設置於所述諧振腔內的所述雷射高反泵浦光透射鏡一側外的內充鹼金屬氣體的 鹼金屬氣體無極燈、濾光片以及聚焦透鏡，用於產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所 發泵浦光，其中所述聚焦透鏡設置於近所述雷射高反泵浦光透射鏡一端；設置於所述諧振腔內的汽室，所述汽室內充有與所述鹼金屬氣體無極燈內的所述鹼金 屬氣體相同的鹼金屬氣體，並混合有用於與所述汽室內的所述鹼金屬氣體原子碰撞的其他 氣體原子和/或氣體分子；其中，所述泵浦光泵浦所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子，所述汽室中的所述鹼金屬 氣體原子躍遷到所述第一激發態；通過所述其他氣體原子和/或氣體分子與所述汽室中的 所述鹼金屬氣體原子的碰撞作用，所述汽室中的所述鹼金屬氣體原子從所述第一激發態遷 移至第二激發態，形成所述第二激發態與基態之間的布局數反轉；在所述諧振腔的反饋作 用下，輸出所述第二激發態到所述基態之間躍遷譜線對應頻率的所述雷射。
全文摘要
本發明公開了一種鹼金屬氣體無極燈泵浦輸出鹼金屬氣體雷射的方法和雷射器。方法包括採用鹼金屬氣體無極燈產生在第一激發態到基態之間躍遷譜線所發泵浦光泵浦汽室中的鹼金屬氣體原子，以使汽室中的鹼金屬氣體原子躍遷到第一激發態，其中，鹼金屬氣體無極燈中所充鹼金屬氣體與汽室中的鹼金屬氣體種類相同；通過汽室中混合的其他氣體原子和/或氣體分子與汽室中的鹼金屬氣體原子的碰撞作用，汽室中的鹼金屬氣體原子從第一激發態遷移至與第一激發態相近的第二激發態，形成第二激發態與基態之間的布局數反轉；在汽室所處的諧振腔的反饋作用下，輸出第二激發態到基態之間躍遷譜線對應頻率的鹼金屬氣體雷射。
文檔編號H01S3/0915GK101841122SQ201010136618
公開日2010年9月22日 申請日期2010年3月29日 優先權日2010年3月29日
發明者陳景標 申請人:北京大學