一种用于水下通信的皮秒激光器系统

1.本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种用于水下通信的皮秒激光器系统。


背景技术：

2.海洋约占地球71％的面积，具有丰富的经济效益与战略地位。在未来的经济比拼与军事竞赛中，抢占海洋优势就能夺得先机。我国的潜艇主要工作于水下30-400m，通常采用水下无线通信技术进行信息的传递与接收。其中，最主要的方式有声波通信﹑射频通信与可见光通信。且运用可见光通信可以很好地解决射频通信传播距离短与声波通信传输速率低、时延较大的缺点。因此，发展可见光通信具有巨大的市场和潜力。
3.在利用可见光进行水下通信时，有一个不可避免的问题是海水会使电磁波快速衰减。虽然海水对电磁波能量的吸收作用很强，但对于不同波长的电磁波又有所不同。一般来说，光的波长越短，在海水中的衰减就越厉害。因此，可以用波长较长的电磁波进行通信来减缓信号的衰减。但是，随着干扰机在定位与识别领域不断取得重大突破、潜艇航行深度以及航速的快速发展，传统的超短波无线电变得极易暴露目标。因此，寻找另一种行之有效的方案有着重大的战略意义。
4.除了超短波，大部分波段的光在水下传播时都会受到强烈的吸收衰减，只有波长处于480
±
30nm波段的蓝绿光在水中的吸收衰减系数最小，而且此波段又处于电磁波的“大气窗口”，因此可以很好地应用于水下通信。绿色激光在水下通信方面不仅具有超长波通信的全部优点,还具有传输速率高、信息容量大、抗电磁和核辐射干扰、方向性强、体积小、隐蔽性好等超长波无法与之比拟的优点，能实现最复杂的通信系统。
5.受到水下通信工作要求的限制，装置需要能够稳定产生高能量窄脉宽的532nm的激光，并能够保证激光品质的前提下，简化光路结构来保证后期维护的便利以及装置体积的小巧。因此，光路的设计以及合适的光路元件的选取对装置体积的影响以及后期的维护有着重大的意义。


技术实现要素：

6.为解决以上问题，本实用新型提供了一种用于水下通信的皮秒激光器系统，包括控制系统、水冷系统以及顺序连接的光源系统、光学传输系统、调q系统和倍频系统；控制系统与水冷系统、光源系统连接，控制系统对水冷系统的水温、光源系统的出光参数进行控制；水冷系统通过循环冷却水对所述调q系统和倍频系统进行冷却；光源系统产生波长为808纳米的第一激光，第一激光经过光学传输系统依次到达调q系统和倍频系统，最后产生高能量皮秒脉冲激光输出；光学传输系统包括耦合透镜和双色分束镜，耦合透镜将第一激光进行整形并耦合进入调q系统；调q系统包括nd： yag晶体和半导体可饱和吸收镜，半导体可饱和吸收镜置于nd：yag晶体的底部，在第一激光的照射下，nd：yag晶体产生波长为1064纳米的第二激光，半导体可饱和吸收镜实现调q，产生窄脉宽高能量的第三激光，第三激光
照射到双色分束镜，使第三激光部分输入倍频系统，倍频系统输出波长为532纳米的激光。
7.更进一步地，耦合透镜采用两个焦距为60毫米的平凸透镜，两个平凸透镜的两面均镀有针对波长808纳米光的增透膜，并在靠近调q系统的镜面上镀有针对波长1064纳米光的高反膜。
8.更进一步地，nd：yag晶体的掺杂浓度为1％。
9.更进一步地，nd：yag晶体与半导体可饱和吸收镜胶合的一面镀上针对波长1064纳米光反射率为95％的膜。
10.更进一步地，半导体可饱和吸收镜的调制深度为5％-10％。
11.更进一步地，半导体可饱和吸收镜的工作波段为1020纳米-1150纳米。
12.更进一步地，倍频系统为lbo晶体。
13.更进一步地，lbo晶体的两面均镀有针对波长为1064纳米和532纳米的增透膜。
14.本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种用于水下通信的皮秒激光器系统，包括控制系统、水冷系统以及顺序连接的光源系统、光学传输系统、调q系统和倍频系统；控制系统与水冷系统、光源系统连接，控制系统对水冷系统的水温、光源系统的出光参数进行控制；水冷系统通过循环冷却水对所述调q系统和倍频系统进行冷却；光源系统产生波长为808 纳米的第一激光，第一激光经过光学传输系统依次到达调q系统和倍频系统，最后产生高能量皮秒脉冲激光输出。本实用新型使用调q技术对脉冲进行压缩，更进一步地应用可饱和吸收调q技术不仅避免了其他调q方法中存在的机械损伤、半波电压过高、对高能量激光的开关能力差等缺点，而且能够简单方便、没有干扰地进行调q，光路简单，维护方便，整个激光器系统的体积小，在水下通信领域具有良好的应用前景。
15.以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
16.图1是一种用于水下通信的皮秒激光器系统的示意图。
17.图2是光源系统、光学传输系统、调q系统、倍频系统、水冷系统的结构示意图。
18.图中：1、控制系统；2、水冷系统；3、光源系统；4、光学传输系统； 5、调q系统；6、倍频系统；41、耦合透镜；42、双色分束镜；51、nd： yag晶体；52、半导体可饱和吸收镜。
具体实施方式
19.为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术作进一步详细说明。
20.实施例1
21.本实用新型提供了一种用于水下通信的皮秒激光器系统，如图1所示，包括控制系统1、水冷系统2以及顺序连接的光源系统3、光学传输系统4、调q系统5和倍频系统6。控制系统1与水冷系统2、光源系统3连接，控制系统1对水冷系统2的水温、光源系统3的出光参数进行控制。水冷系统2通过循环冷却水对调q系统5和倍频系统6进行冷却，带走调q系统5 和倍频系统6产生的热量，保证设备能够稳定运行。光源系统3包括半导体泵浦激光器，具体地半导体泵浦激光器为边发射半导体激光器，所产生的第一泵浦光的波长为808纳米。第一激光经过光学传输系统4依次到达调q系统5和倍频系统6，最后产生高能量皮秒脉冲激光输出。
22.如图2所示，光学传输系统4包括耦合透镜41和双色分束镜42，耦合透镜41将第一激光进行整形并耦合进入调q系统5。具体地，耦合透镜41 采用两个焦距为60毫米的平凸透镜，两个平凸透镜的两面均镀有针对波长 808纳米光的增透膜，并在靠近调q系统的镜面上镀有针对波长1064纳米光的高反膜。
23.如图2所示，调q系统包括nd：yag晶体51和半导体可饱和吸收镜52，半导体可饱和吸收镜52置于nd：yag晶体51的底部。nd：yag晶体51即掺钕钇铝石榴石激光晶体，nd：yag晶体51用于产生波长为1064纳米的激光。nd：yag晶体51的掺杂浓度为1％。在第一激光的照射下，nd：yag晶体51产生波长为1064纳米的第二激光。nd：yag晶体51与半导体可饱和吸收镜52胶合的一面镀上针对波长1064纳米光反射率为95％的膜。半导体可饱和吸收镜52实现调q，产生窄脉宽高能量的第三激光。半导体饱和吸收镜52包括从下至上依次设置的底物、反射器、饱和吸收材料。应用时，第二激光照射到饱和吸收材料上。半导体可饱和吸收镜52的调制深度为 5％-10％，半导体可饱和吸收镜52的工作波段为1020纳米-1150纳米。第三激光照射到双色分束镜42，使第三激光部分输入倍频系统6，倍频系统6 输出波长为532纳米的激光。本实用新型最终实现频率为mhz的高能量波长为532纳米的脉冲激光，满足了水下通信的需求，具有广泛的市场前景。
24.本实用新型使用调q技术对脉冲进行压缩，更进一步地应用可饱和吸收调q技术不仅避免了其他调q方法中存在的机械损伤、半波电压过高、对高能量激光的开关能力差等缺点，而且能够简单方便、没有干扰地进行调q。调q系统简化了元件的结构，使得整体结构简单、出光稳定，光路简单，便于后期的维护；与传统激光器相比，本实用新型采用双色分束镜对激光进行分束，减小了装置的尺寸，整个激光器系统的体积小，在水下通信领域具有良好的应用前景。
25.实施例2
26.在实施例1的基础上，倍频系统6为lbo晶体。lbo晶体为lib3o5晶体。 lbo晶体具有可透光波段范围宽、光学均匀性好、倍频转换效率较高、高损伤域值、接收角度宽、离散角度小等优点，便于在本实用新型中倍频应用。lbo晶体的两面均镀有针对波长为1064纳米和532纳米的增透膜，lbo晶体将1064nm激光转换为532nm激光。
27.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。