一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器

摘要

本发明提供一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，包括依次放置的种子激光预放大模块、固体激光预放大模块、板条激光放大模块和倍频模块，种子激光预放大模块产生μJ量级的单频线偏振激光，固体激光放大到mJ量级，板条激光放大模块放大到百mJ量级后，倍频模块产生单频多波长激光输出。本发明采用同源双路移频器将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光，利用多级光纤放大结合4通谐振泵浦端泵固体放大实现小信号高增益激光放大，最后利用板条激光晶体级联降低激光热致像差实现大能量单频激光输出，实现了极窄线宽、高稳定性、高光束质量、大能量、脉宽重频可调可见光波段至近红外三波长激光输出，满足星载风场探测、星载海洋探测等应用要求。

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器。

背景技术

全固态激光器由于具有高光束质量、高集成度、大能量、长寿命等特点，一直是激光领域的研究重点和热点。而全固态单频固体激光器在此基础上还具有窄线宽的特点，采用单频技术实现对激光频率信息、相位信息和强度信息等的调制，可应用于大气风场探测、海洋深度探测、临近空间大气温度与重力波探测等领域。常规的大能量单频激光器采用注入锁定结合主振荡放大技术(MOPA)实现。

现有大能量单频激光器采用注入锁定技术，是指将单频、高光束质量的种子光信号注入到一个激光振荡器中。激光的产生首先是通过自发辐射产生的，再经过受激辐射产生，由于激光振荡器的谐振腔内充满了种子光子，从而代替自发辐射，激光振荡是在这个种子光频率的基础上产生的，邻近种子光频率的激光纵模最先形成振荡，并提取反转粒子、抑制其它纵模振荡，从而得到高能量、单纵模、光束性能好的放大激光。目前已经实现的种子注入锁定技术主要有Q时间最小建立法、Pound-Drever-Hall法(PDH)、Ramp-Fire(RF)或Ramp-Hold-Fire(RHF)等几种实现方法。其共同点就是精密调整激光放大器的腔长，使其频率保持与种子激光器一致。振荡器产生的单频激光再结合行波放大技术实现大能量激光输出。

现有大能量单频激光器无论采用哪种不同类型的谐振探测技术，都无法对脉冲建立时间内外界干扰引起的腔长变化进行控制，在此期间腔长的微小变化会影响输出激光的单频特性，产生一个无法克服的频率抖动(4～10MHz)，因此会影响增加激光器稳定单频输出的可靠性。此外现有大能量单频激光器在不影响激光器其他参数条件下难以实现激光脉宽、重频连续可调。这样的激光器用于激光雷达探测会严重影响到系统的探测精度，无法获得更高精度的数据，且使用场景受到限制。

发明内容

本发明是为了解决激光器稳定单频输出可靠性差的问题，提供一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，采用同源双路移频器将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光，利用多级光纤放大结合4通谐振泵浦端泵固体放大实现小信号高增益激光放大，最后利用板条激光晶体级联降低激光热致像差实现大能量单频激光输出，实现了极窄线宽、高稳定性、高光束质量、大能量、脉宽重频可调可见光波段至近红外三波长激光输出，满足星载风场探测、星载海洋探测等应用要求。

本发明提供一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，包括依次放置的种子激光预放大模块、固体激光预放大模块、板条激光放大模块和倍频模块；

种子激光预放大模块产生μJ量级的单频线偏振激光输出至固体激光预放大模块，固体激光预放大模块接收单频线偏振激光输并放大到mJ量级输出至板条激光放大模块，板条激光放大模块接收单频线偏振激光进行像差进行补偿后放大到百mJ量级后输出至倍频模块，倍频模块接收单频线偏振激光并进行倍频后产生单频多波长激光输出；

种子激光预放大模块设置同源双路移频器将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光，固体激光预放大模块包括4通行波激光放大装置进行高增益激光放大，板条激光放大模块通过级联降低激光热致像差输出大能量单频激光。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，种子激光预放大模块包括单频种子激光单元，依次放置单频种子激光单元输出光路上的光纤预放大单元、单频激光稳频单元、声光移频器单元、光纤激光隔离器、光纤放大单元和设置在光纤放大单元输出端的选单单元，选单单元的输出端为种子激光预放大模块的输出端；

单频激光稳频单元用于实时监测反馈单频种子激光单元发射的激光，单频激光稳频单元使用光学散斑稳频技术或饱和吸收稳频技术或PDH稳频技术；

声光移频器单元包括模拟调制声光移频器和数字调制移频器，模拟调制声光移频器和数字调制移频器为同源双路，声光移频器单元将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，单频种子激光单元为半导体激光器或光线激光器，单频种子激光单元的结构为分布反馈型结构或者分布式布拉格反射型结构；

光纤预放大单元包括1级单模保偏掺镱光纤和泵浦源；

声光移频器单元的移频量是41MHz或80MHz或100MHz、消光比大于80dB，声光移频器单元材质为融石英或二氧化碲；

光纤激光隔离器为保偏型在线隔离器，光纤激光隔离器透射激光的中心波长1064nm、插入损耗小于1dB、峰值隔离度大于33dB；

光纤放大单元包括1级单模保偏掺镱光纤和1～2级大模场保偏双包层掺镱光纤，光纤放大单元的每级放大光路设置一个泵浦源；

选单单元为电光调制器，电光调制器为横向运用，电光调制器的端面镀有0°振荡光高透介质膜，为以下任意中电光晶体：KTP晶体、RTP晶体、BBO晶体。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，固体激光预放大模块包括依次设置在种子激光预放大模块输出端的隔离器、第一光束变换单元、第一偏振分光棱镜，依次设置在第一偏振分光棱镜透射光路上的旋光器、半波片、第二偏振分光棱镜，设置在第二偏振分光棱镜反射光路上的第一45°二相色镜，设置在第一45°二相色镜透射光路上的第一泵浦源，依次设置在第一45°二相色镜反射光路上的棒状激光晶体、第二45°二相色镜，设置在第二45°二相色镜透射光路上的第二泵浦源，设置在第二偏振分光棱镜透射光路上的第一补偿单元和依次设置在第二45°二相色镜反射光路上的补偿透镜、第二补偿单元，第一偏振分光棱镜的反射输出端为固体激光预放大模块的输出端，板条激光放大模块设置在第一偏振分光棱镜的反射光路上，第一45°二相色镜和第二45°二相色镜均45°放置；

第一补偿单元包括依次设置在第二偏振分光棱镜透射光路上的第一补偿波片和第一保罗棱镜，第二补偿单元包括依次设置在补偿透镜输出光路上的第二补偿波片和第二保罗棱镜，第一保罗棱镜的棱线和第二保罗棱镜的棱线正交放置用于提高放大过程中光路的稳定度；

补偿透镜用于补偿棒状激光晶体在放大过程中产生的热聚焦，第一补偿波片和第二补偿波片用于补偿第一保罗棱镜和第二保罗棱镜在激光反射过程中带来的偏振改变。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，隔离器为光纤-自由空间型隔离器，透射激光中心波长1064nm，透过率95％；

第一光束变换单元为伽利略式光束变换系统，第一光束变换单元包括凹面镜和设置在凹面镜输出端的凸透镜，第一光束变换单元镀1064nm 0°高透介质膜；

第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜的材质均为紫外熔融石英，第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜两面均镀有1064nm 0°高透介质膜；

旋光器为45°磁光晶体，旋光器的材质为TGG；

第一45°二相色镜和第二45°二相色镜均为平面反射镜，第一45°二相色镜和第二45°二相色镜均为镀有1064nm 45°激光高反介质膜和885nm增透介质膜的JGS1玻璃；

第一泵浦源和第二泵浦源均为脉冲泵浦方式的光纤耦合半导体激光器，脉冲泵浦方式的占空比20％、重频100Hz、泵浦波长885nm；

棒状激光晶体为Nd:YAG晶体，棒状激光晶体侧面做粗糙化处理，端面抛光镀1064nm、885nm 0°增透介质膜，棒状激光晶体的一个端面切1°角；

补偿透镜为JGS1玻璃平凹透镜，补偿透镜两面镀有1064nm 0°高透介质膜；

第一保罗棱镜和第二保罗棱镜的材质均为JGS1玻璃且直角面抛光，第一保罗棱镜和第二保罗棱镜的激光入射面镀1064nm 0°高透介质膜，第一保罗棱镜和第二保罗棱镜的棱线与激光器安装面成45°夹角；

第一补偿波片和第二补偿波片均为相位差1.88π的紫外熔融石英多级波片、两面镀有1064nm 0°高透介质膜。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，板条激光放大模块包括设置在固体激光预放大模块输出光路上的第一45°反射镜，依次设置在第一45°反射镜反射光路上的第二光束变换单元、第一板条激光放大单元、第二45°反射镜，设置在第二45°反射镜反射光路上的第三45°反射镜，设置在第三45°反射镜反射光路上的第二板条激光放大单元和依次设置在第二板条激光放大单元输出端的光束补偿单元、第三板条激光放大单元，第一45°反射镜、第二45°反射镜和第三45°反射镜均45°放置，第三45°反射镜设置在第二45°反射镜的下方，第三板条激光放大单元为板条激光放大模块的输出端；

第一板条激光放大单元、第二板条激光放大单元和第三板条激光放大单元均包括板条晶体和激光二极管阵列，第一板条激光放大单元和第二板条激光放大单元的板条晶体呈轴对称放置，第一板条激光放大单元和第二板条激光放大单元用于补偿晶体热效应带来的像差。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，第一45°反射镜、第二45°反射镜和第三45°反射镜均为镀有1064nm 45°激光高反介质膜、材质为JGS1玻璃的平面反射镜；

第二光束变换单元为伽利略式光束变换系统；

第一板条激光放大单元和第二板条激光放大单元的板条晶体切角31°、晶体端面镀有1064nm激光高透介质膜，第三板条激光放大单元中的板条晶体切角45°，晶体端面镀有1064nm激光高透介质膜；

光束补偿单元为柱面镜，柱面镜两侧镀有0°激光高透介质膜、材质JGS1玻璃。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，倍频模块包括依次设置在板条激光放大模块输出端的第三光束变换单元、倍频激光晶体、和频激光晶体；

第三光束变换单元为伽利略式光束变换系统；

倍频激光晶体为I类临界相位匹配的LBO晶体，倍频激光晶体的两端镀有1064nm、532nm增透介质膜；

和频激光晶体为II类临界相位匹配的LBO晶体，和频激光晶体的两端镀有1064nm、532nm、355nm增透介质膜。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，激光器产生大能量脉宽重频可调纳秒单频激光的步骤如下：

S1、种子激光预放大模块将产生的mW连续单频种子激光先放大为几十mW连续激光，在放大的同时提高连续种子激光的频率稳定性，然后产生脉宽、重复频率可调的脉冲种子光，去除回光影响后脉冲种子光的能量进一步放大到μJ量级，最后降低激光器重频输出μJ量级的单频线偏振激光至固体激光预放大模块；

S2、固体激光预放大模块接收单频线偏振激光后经隔离、扩束准直、偏振分光、4通行波激光放大输出mJ量级的单频线偏振激光输出至板条激光放大模块；

S3、板条激光放大模块接收单频线偏振激光进行光路转折、光束变换和多级放大，并对激光的像差进行补偿后输出百mJ量级的单频线偏振激光至倍频模块；

S4、倍频模块接收单频线偏振激光进行整形扩束、倍频后产生部分532nm激光，再产生部分355nm激光，最终发射重频100Hz的1064nm、532nm、355nm的单频三波长线偏振激光。

本发明所述的一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，作为预选方式，S1、单频种子激光单元产生mW连续单频种子激光，经过光纤预放大单元后放大为几十mW连续激光，单频激光稳频单元提高连续种子激光的频率稳定性，然后声光移频器单元产生脉宽、重复频率可调的脉冲种子光，光纤激光隔离器保护单频种子激光单元不受回光影响，脉冲种子光再经过光纤放大单元后能量放大到μJ量级，最后通过选单单元降低激光器重频输出μJ量级的单频线偏振激光至固体激光预放大模块；

S2、隔离器接收单频线偏振激光进行隔离后，第一光束变换单元进行扩束准直，并避免固体激光预放大模块产生的激光打回种子激光预放大模块；第一偏振分光棱镜、旋光器、半波片、第二偏振分光棱镜、第一45°二相色镜、第一泵浦源、棒状激光晶体、第二45°二相色镜、第二泵浦源、第一补偿单元、补偿透镜和第二补偿单元组成4通行波激光放大装置，第一泵浦源和第一泵浦源为激光放大提供泵浦能量，输出mJ量级的单频线偏振激光输出至板条激光放大模块；

S3、板条激光放大模块接收单频线偏振激光经过45°反射镜和第二光束变换单元进行光路转折和准直扩束后入射到板条激光放大单元中进行放大，再经过第二45°反射镜、第三45°反射镜光路转折后入射到第二板条激光放大单元中，之后通过光束补偿单元对激光的像差进行补偿，最终进入第三板条激光放大单元输出100Hz的百mJ量级单频线偏振激光至倍频模块；

S4、倍频模块接收单频线偏振激光，经第三光束变换单元准直扩束后输出至倍频激光晶体，产生部分532nm激光，再通过和频激光晶体后产生部分355nm激光，最终发射重频100Hz的1064nm、532nm、355nm的单频三波长线偏振激光，频率稳定性优于1MHz。

本发明提供了一种新型的大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，应用于激光测风雷达、激光海洋探测雷达、临近空间大气温度与重力波探测系统中，激光器由种子激光预放大模块、固体激光预放大模块、板条激光放大模块和倍频模块组成；

种子激光预放大模块由单频种子激光单元元、光纤预放大单元、单频激光稳频单元、声光移频器、光纤激光隔离器、光纤放大单元、选单单元组成，种子激光预放大模块产生特定频率的μJ量级单频线偏振激光；

可选的，单频种子激光单元采用半导体激光器或光线激光器，结构选用分布反馈型(DFB)或者分布式布拉格反射型(DBR)结构；

光纤预放大单元由1级单模保偏掺镱光纤和泵浦源组成；

可选的，单频激光稳频单元采用光学散斑稳频技术、饱和吸收稳频技术或者PDH稳频技术中的一种；

可选的，声光移频器采用同源双路声光移频器，即由两个声光移频器组成，分别为模拟调制和数字调制，移频量可以是41MHz、80MHz、100MHz等中的一种，消光比大于80dB，材质为融石英、二氧化碲中的一种；

光纤激光隔离采用保偏型在线隔离器，透射激光中心波长1064nm，插入损耗小于1dB，峰值隔离度大于33dB；

光纤放大单元由1级单模保偏掺镱光纤，和1～2级大模场保偏双包层掺镱光纤组成，每级放大配有一个泵浦源；

可选的，选单单元采用电光调制器实现，电光晶体为横向运用，端面镀有0°振荡光高透介质膜，选自下列电光晶体之一：KTP(KTiOPO

固体激光预放大模块由隔离器、光束变换单元、偏振分光棱镜、旋光器、半波片、45°二相色镜、泵浦源、棒状激光晶体、补偿透镜、补偿波片、保罗棱镜组成，固体激光预放大模块产生特定频率的mJ量级单频线偏振激光；

隔离器采用光纤-自由空间型隔离器，透射激光中心波长1064nm，透过率不低于90％；

光束变换单元采用一片凹面镜和一片凸透镜组成的伽利略式光束变换系统；

偏振分光棱镜，材质为紫外熔融石英、N-SF1玻璃和H-LaK67玻璃中的一种；

旋光器采用45°磁光晶体，材质为TGG(Tb

45°二相色镜采用平面反射镜，镀有45°激光高反介质膜和泵浦光增透介质膜；

可选的，泵浦源采用锁波长的光纤耦合半导体激光器，泵浦方式为脉冲泵浦方式，占空比小于20％，重频1～1000Hz，波长885nm、880nm或者808nm；

棒状激光晶体为Nd:YAG晶体，侧面做粗糙化处理，端面抛光镀激光、泵浦光0°增透介质膜，其中一个端面切小角度；

可选的，补偿透镜采用平凸透镜或者平凹透镜；

保罗棱镜棱线与激光器安装面成45°夹角，直角面抛光，激光入射面镀0°振荡光高透介质膜；

补偿波片采用047波片的特殊设计；

可选的，半波片和补偿波片材质为紫外熔融石英，可以是零级波片、真零级波片和多级波片中的一种；

可选的，补偿透镜、45°二相色镜、保罗棱镜，材料选自下列玻璃之一：BK7玻璃、JGS1玻璃、JGS3玻璃等；

光束变换单元中的光学元件、偏振分光棱镜、半波片、补偿透镜、补偿波片两侧镀有0°激光高透介质膜；

板条激光放大模块由45°反射镜、光束变换单元、板条激光放大单元、光束补偿单元组成，板条激光放大模块产生特定频率的百mJ量级单频线偏振激光；

45°反射镜采用平面反射镜，镀有45°激光高反介质膜；

板条激光放大单元包括板条晶体和激光二极管阵列组成，共有由两块小角度板条晶体和一块大角度板条晶体，两块小角度板条晶体呈轴对称放置，晶体端面镀有激光高透介质膜；

可选的，光束补偿单元由1～4块柱面镜组成，柱面镜两侧镀有0°激光高透介质膜；

可选的，45°反射镜和光束补偿单元，材料选自下列玻璃之一：BK7玻璃、JGS1玻璃、JGS3玻璃等；

倍频模块由光束变换单元、倍频激光晶体、和频激光晶体组成，倍频模块产生特定频率的单频三波长线偏振激光；

可选的，倍频激光晶体是一块I类相位匹配的LBO(三硼酸锂)晶体或者II类相位匹配的KTP(磷酸钛氧钾)晶体，可以是临界相位匹配或者非临界相位匹配，晶体两端镀有激光增透介质膜；

可选的，和频激光晶体是一块II类相位匹配的LBO(三硼酸锂)晶体，可以是临界相位匹配或者非临界相位匹配，晶体两端镀有激光增透介质膜。

一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，采用同源双路移频器将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光，利用多级光纤放大结合4通谐振泵浦端泵固体放大实现小信号高增益激光放大，最后利用板条激光晶体级联降低激光热致像差实现大能量单频激光输出，整体由4个模块组成，包括种子激光预放大模块、固体激光预放大模块、板条激光放大模块和倍频模块组成，其中：

种子激光预放大模块由单频种子激光单元、光纤预放大单元、单频激光稳频单、声光移频器、光纤激光隔离器、光纤放大单元、选单单元组成；

固体激光预放大模块由隔离器、光束变换单元、偏振分光棱镜、旋光器、半波片、45°二相色镜、泵浦源、棒状激光晶体、补偿透镜、补偿波片、保罗棱镜组成；

板条激光放大模块由45°反射镜、光束变换单元、板条激光放大单元、光束补偿单元组成；

倍频模块由光束变换单元、倍频激光晶体、和频激光晶体组成。

单频激光稳频单元采用光学散斑稳频技术、饱和吸收稳频技术或者PDH稳频技术中的一种；

声光移频器采用同源双路声光移频器，即由两个声光移频器组成，移频量可以是41MHz、80MHz、100MHz等中的一种，消光比大于80dB，材质为融石英、二氧化碲中的一种；

板条激光放大单元中的两块小角度板条晶体呈轴对称放置，通过45°折返镜传输激光。

本发明具有以下优点：

本发明通过一种新的大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器设计方法，采用同源双路移频器将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光，利用多级光纤放大结合4通谐振泵浦端泵固体放大实现小信号高增益激光放大，最后利用板条激光晶体级联降低激光热致像差实现大能量单频激光输出，解决了现有大能量单频激光器频率特性差、脉宽重频难以调节的问题，具有频率稳定性高(≤1MHz)、脉宽调节范围大(10～500ns)、重频调节范围大(1～1000Hz)、输出激光能量大(≥500mJ)等优点。

附图说明

图1为一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器示意图；

图2为一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器第一保罗棱镜背视图；

图3为一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器第二保罗棱镜背视图。

附图标记：

1、种子激光预放大模块；11、单频种子激光单元；12、光纤预放大单元；13、单频激光稳频单元；14、声光移频器；15、光纤激光隔离器；16、光纤放大单元；17、选单单元；2、固体激光预放大模块；21、隔离器；22、第一光束变换单元；23、第一偏振分光棱镜；24、旋光器；25、半波片；26、第二偏振分光棱镜；27、第一45°二相色镜；28、第一泵浦源；29、棒状激光晶体；2a、第二45°二相色镜；2b、第二泵浦源；2c、第一补偿单元；2c1、第一补偿波片；2c2、第一保罗棱镜；29、补偿透镜；2e、第二补偿单元；2e1、第二补偿波片；2e2、第二保罗棱镜；3、板条激光放大模块；31、第一45°反射镜；32、第二光束变换单元；33、第一板条激光放大单元；34、第二45°反射镜；35、第三45°反射镜；36、第二板条激光放大单元；37、光束补偿单元；38、第三板条激光放大单元；4、倍频模块；41、第三光束变换单元；42、倍频激光晶体；43、和频激光晶体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1

如图1所示，一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，包括依次放置的种子激光预放大模块1、固体激光预放大模块2、板条激光放大模块3和倍频模块4；

种子激光预放大模块1产生μJ量级的单频线偏振激光输出至固体激光预放大模块2，固体激光预放大模块2接收单频线偏振激光输并放大到mJ量级输出至板条激光放大模块3，板条激光放大模块3接收单频线偏振激光进行像差进行补偿后放大到百mJ量级后输出至倍频模块4，倍频模块4接收单频线偏振激光并进行倍频后产生单频多波长激光输出；

种子激光预放大模块1设置同源双路移频器将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光，固体激光预放大模块2包括4通行波激光放大装置进行高增益激光放大，板条激光放大模块3通过级联降低激光热致像差输出大能量单频激光；

种子激光预放大模块1包括单频种子激光单元11，依次放置单频种子激光单元11输出光路上的光纤预放大单元12、单频激光稳频单元13、声光移频器单元14、光纤激光隔离器15、光纤放大单元16和设置在光纤放大单元16输出端的选单单元17，选单单元17的输出端为种子激光预放大模块1的输出端；

单频激光稳频单元13用于实时监测反馈单频种子激光单元11发射的激光，单频激光稳频单元13使用光学散斑稳频技术或饱和吸收稳频技术或PDH稳频技术；

声光移频器单元14包括模拟调制声光移频器和数字调制移频器，模拟调制声光移频器和数字调制移频器为同源双路，声光移频器单元14将单频种子连续激光调制成高消光比的脉冲光；

单频种子激光单元11为半导体激光器或光线激光器，单频种子激光单元11的结构为分布反馈型结构或者分布式布拉格反射型结构；

光纤预放大单元12包括1级单模保偏掺镱光纤和泵浦源；

声光移频器单元14的移频量是41MHz或80MHz或100MHz、消光比大于80dB，声光移频器单元14材质为融石英或二氧化碲；

光纤激光隔离器15为保偏型在线隔离器，光纤激光隔离器15透射激光的中心波长1064nm、插入损耗小于1dB、峰值隔离度大于33dB；

光纤放大单元16包括1级单模保偏掺镱光纤和1～2级大模场保偏双包层掺镱光纤，光纤放大单元16的每级放大光路设置一个泵浦源；

选单单元17为电光调制器，电光调制器为横向运用，电光调制器的端面镀有0°振荡光高透介质膜，为以下任意中电光晶体：KTP晶体、RTP晶体、BBO晶体；

固体激光预放大模块2包括依次设置在种子激光预放大模块1输出端的隔离器21、第一光束变换单元22、第一偏振分光棱镜23，依次设置在第一偏振分光棱镜23透射光路上的旋光器24、半波片25、第二偏振分光棱镜26，设置在第二偏振分光棱镜26反射光路上的第一45°二相色镜27，设置在第一45°二相色镜27透射光路上的第一泵浦源28，依次设置在第一45°二相色镜27反射光路上的棒状激光晶体29、第二45°二相色镜2a，设置在第二45°二相色镜2a透射光路上的第二泵浦源2b，设置在第二偏振分光棱镜26透射光路上的第一补偿单元2c和依次设置在第二45°二相色镜2a反射光路上的补偿透镜2d、第二补偿单元2e，第一偏振分光棱镜23的反射输出端为固体激光预放大模块2的输出端，板条激光放大模块3设置在第一偏振分光棱镜23的反射光路上，第一45°二相色镜27和第二45°二相色镜2a均45°放置；

如图2-3所示，第一补偿单元2c包括依次设置在第二偏振分光棱镜26透射光路上的第一补偿波片2c1和第一保罗棱镜2c2，第二补偿单元2e包括依次设置在补偿透镜2d输出光路上的第二补偿波片2e1和第二保罗棱镜2e2，第一保罗棱镜2c2的棱线和第二保罗棱镜2e2的棱线正交放置用于提高放大过程中光路的稳定度；

补偿透镜2d用于补偿棒状激光晶体29在放大过程中产生的热聚焦，第一补偿波片2c1和第二补偿波片2e1用于补偿第一保罗棱镜2c2和第二保罗棱镜2e2在激光反射过程中带来的偏振改变；

隔离器21为光纤-自由空间型隔离器，透射激光中心波长1064nm，透过率95％；

第一光束变换单元22为伽利略式光束变换系统，第一光束变换单元22包括凹面镜和设置在凹面镜输出端的凸透镜，第一光束变换单元22镀1064nm 0°高透介质膜；

第一偏振分光棱镜23和第二偏振分光棱镜26的材质均为紫外熔融石英，第一偏振分光棱镜23和第二偏振分光棱镜26两面均镀有1064nm 0°高透介质膜；

旋光器24为45°磁光晶体，旋光器24的材质为TGG；

第一45°二相色镜27和第二45°二相色镜2a均为平面反射镜，第一45°二相色镜27和第二45°二相色镜2a均为镀有1064nm 45°激光高反介质膜和885nm增透介质膜的JGS1玻璃；

第一泵浦源28和第二泵浦源2b均为脉冲泵浦方式的光纤耦合半导体激光器，脉冲泵浦方式的占空比20％、重频100Hz、泵浦波长885nm；

棒状激光晶体29为Nd:YAG晶体，棒状激光晶体29侧面做粗糙化处理，端面抛光镀1064nm、885nm 0°增透介质膜，棒状激光晶体29的一个端面切1°角；

补偿透镜2d为JGS1玻璃平凹透镜，补偿透镜2d两面镀有1064nm 0°高透介质膜；

第一保罗棱镜2c2和第二保罗棱镜2e2的材质均为JGS1玻璃且直角面抛光，第一保罗棱镜2c2和第二保罗棱镜2e2的激光入射面镀1064nm 0°高透介质膜，第一保罗棱镜2c2和第二保罗棱镜2e2的棱线与激光器安装面成45°夹角；

第一补偿波片2c1和第二补偿波片2e1均为相位差1.88π的紫外熔融石英多级波片、两面镀有1064nm 0°高透介质膜；

板条激光放大模块3包括设置在固体激光预放大模块2输出光路上的第一45°反射镜31，依次设置在第一45°反射镜31反射光路上的第二光束变换单元32、第一板条激光放大单元33、第二45°反射镜34，设置在第二45°反射镜34反射光路上的第三45°反射镜35，设置在第三45°反射镜35反射光路上的第二板条激光放大单元36和依次设置在第二板条激光放大单元36输出端的光束补偿单元37、第三板条激光放大单元38，第一45°反射镜31、第二45°反射镜34和第三45°反射镜35均45°放置，第三45°反射镜35设置在第二45°反射镜34的下方，第三板条激光放大单元38为板条激光放大模块3的输出端；

第一板条激光放大单元33、第二板条激光放大单元36和第三板条激光放大单元38均包括板条晶体和激光二极管阵列，第一板条激光放大单元33和第二板条激光放大单元36的板条晶体呈轴对称放置，第一板条激光放大单元33和第二板条激光放大单元36用于补偿晶体热效应带来的像差；

第一45°反射镜31、第二45°反射镜34和第三45°反射镜35均为镀有1064nm 45°激光高反介质膜、材质为JGS1玻璃的平面反射镜；

第二光束变换单元32为伽利略式光束变换系统；

第一板条激光放大单元33和第二板条激光放大单元36的板条晶体切角31°、晶体端面镀有1064nm激光高透介质膜，第三板条激光放大单元38中的板条晶体切角45°，晶体端面镀有1064nm激光高透介质膜；

光束补偿单元37为柱面镜，柱面镜两侧镀有0°激光高透介质膜、材质JGS1玻璃；

倍频模块4包括依次设置在板条激光放大模块3输出端的第三光束变换单元41、倍频激光晶体42、和频激光晶体43；

第三光束变换单元41为伽利略式光束变换系统；

倍频激光晶体42为I类临界相位匹配的LBO晶体，倍频激光晶体42的两端镀有1064nm、532nm增透介质膜；

和频激光晶体43为II类临界相位匹配的LBO晶体，和频激光晶体的两端镀有1064nm、532nm、355nm增透介质膜。

本实施例的激光器产生大能量脉宽重频可调纳秒单频激光的步骤如下：

S1、单频种子激光单元11产生mW连续单频种子激光，经过光纤预放大单元12后放大为几十mW连续激光，单频激光稳频单元13提高连续种子激光的频率稳定性，然后声光移频器单元14产生脉宽、重复频率可调的脉冲种子光，光纤激光隔离器15保护单频种子激光单元11不受回光影响，脉冲种子光再经过光纤放大单元16后能量放大到μJ量级，最后通过选单单元17降低激光器重频输出μJ量级的单频线偏振激光至固体激光预放大模块2；

S2、隔离器21接收单频线偏振激光进行隔离后，第一光束变换单元22进行扩束准直，并避免固体激光预放大模块2产生的激光打回种子激光预放大模块1；第一偏振分光棱镜23、旋光器24、半波片25、第二偏振分光棱镜26、第一45°二相色镜27、第一泵浦源28、棒状激光晶体29、第二45°二相色镜2a、第二泵浦源2b、第一补偿单元2c、补偿透镜2d和第二补偿单元2e组成4通行波激光放大装置，第一泵浦源28和第一泵浦源2b为激光放大提供泵浦能量，输出mJ量级的单频线偏振激光输出至板条激光放大模块3；

S3、板条激光放大模块3接收单频线偏振激光经过45°反射镜31和第二光束变换单元32进行光路转折和准直扩束后入射到板条激光放大单元33中进行放大，再经过第二45°反射镜34、第三45°反射镜35光路转折后入射到第二板条激光放大单元36中，之后通过光束补偿单元37对激光的像差进行补偿，最终进入第三板条激光放大单元38输出100Hz的百mJ量级单频线偏振激光至倍频模块4；

S4、倍频模块4接收单频线偏振激光，经第三光束变换单元41准直扩束后输出至倍频激光晶体42，产生部分532nm激光，再通过和频激光晶体43后产生部分355nm激光，最终发射重频100Hz的1064nm、532nm、355nm的单频三波长线偏振激光，频率稳定性优于1MHz。

实施例2

如图1所示，一种大能量脉宽重频可调纳秒单频激光器，应用激光遥感系统中，激光器由4个模块组成，如图1所示，装置具体包括以下组成部分：

种子激光预放大模块1由单频种子激光单元11、光纤预放大单元12、单频激光稳频单元13、声光移频器单元14、光纤激光隔离器15、光纤放大单元16、选单单元17组成，种子激光预放大模块1产生特定重复频率的μJ量级单频线偏振激光；

单频种子激光单元11在产生mW连续单频种子激光，经过光纤预放大单元12产生几十mW连续激光，同时在单频激光稳频单元12的作用下有效提高连续种子激光的频率稳定性，同过声光移频器单元14产生脉宽、重复频率可调的脉冲种子光，光纤激光隔离器15保护种子激光器不受回光影响，再经过光纤放大单元16后脉冲种子光能量进一步放大到μJ量级，最后通过选单单元17降低激光器重频至需要的指标；

单频种子激光单元11采用分布反馈型半导体激光器；

光纤预放大单元12由1级单模保偏掺镱光纤组成，采用10/125光纤，泵浦源波长976nm；

单频激光稳频单元13采用光学散斑稳频技术，实时监测反馈单频种子激光单元11发射激光，提高激光频率稳定特性；

声光移频器单元14采用同源双路声光移频器，即由两个声光移频器组成，分别为模拟调制和数字调制，移频量共100MHz，消光比大于80dB，材质为熔石英，调制产生重频10kHz、脉宽500ns的激光；

光纤激光隔离器15采用保偏型在线隔离器，透射激光中心波长1064nm，插入损耗小于1dB，峰值隔离度大于33dB；

光纤放大单元16由1级单模保偏掺镱光纤10/125，和1级大模场保偏双包层掺镱光纤30/250组成，泵浦源波长976nm；

选单单元17采用横向运用的BBOBaB

固体激光预放大模块2由隔离器21、第一光束变换单元22、第一偏振分光棱镜23、旋光器24、半波片25、第二偏振分光棱镜26、45°二相色镜27、第一泵浦源28、棒状激光晶体29、第二45°二相色镜2a、第二泵浦源2b、补偿透镜2d、第一补偿单元2c、补偿波片透镜29和第一补偿单元2e组成，固体激光预放大模块2产生特定重复频率的mJ量级单频线偏振激光；

种子激光预放大模块1产生的激光经过隔离器21和第一光束变换单元22后扩束准直，并避免固体激光预放大模块2产生的激光打回种子激光预放大模块1；第一偏振分光棱镜23、旋光器24、半波片25、第二偏振分光棱镜26、45°二相色镜27、第一泵浦源28、棒状激光晶体29、第二45°二相色镜2a、第二泵浦源2b、补偿透镜2d、第一补偿单元2c、补偿波片透镜29和第一补偿单元2e共同构成4通行波激光放大装置，第一泵浦源28和第二泵浦源2b为激光放大提供泵浦能量；

第一补偿单元2c包括依次设置在第二偏振分光棱镜26透射光路上的第一补偿波片2c1和第一保罗棱镜2c2，第二补偿单元2e包括依次设置在补偿透镜2d输出光路上的第二补偿波片2e1和第二保罗棱镜2e2；

隔离器21采用光纤-自由空间型隔离器，透射激光中心波长1064nm，透过率95％；

第一光束变换单元22采用一片凹面镜和一片凸透镜组成的伽利略式光束变换系统，镜片镀有1064nm 0°高透介质膜；

第一偏振分光棱镜23、第二偏振分光棱镜26材质为紫外熔融石英，两面镀有1064nm 0°高透介质膜；

旋光器24采用45°磁光晶体，材质为TGG(Tb

第一45°二相色镜27、第二45°二相色镜2a采用平面反射镜，镀有1064nm 45°激光高反介质膜和885nm增透介质膜，材质JGS1玻璃；

第一泵浦源28、第二泵浦源2b采用光纤耦合半导体激光器，泵浦方式为脉冲泵浦方式，脉冲泵浦方式占空比20％，重频100Hz，泵浦波长885nm；

棒状激光晶体29为Nd:YAG晶体，侧面做粗糙化处理，端面抛光镀1064nm、885nm 0°增透介质膜，其中一个端面切1°角；

补偿透镜2d采用平凹透镜，材质JGS1玻璃，两面镀有1064nm 0°高透介质膜，用以补偿棒状激光晶体29在放大过程中产生的热聚焦；

如图2-3所示，第一保罗棱镜2c2、第二保罗棱镜2e2材质JGS1玻璃，直角面抛光，激光入射面镀1064nm 0°高透介质膜，棱线与激光器安装面成45°夹角，同时保罗棱镜单元2b1和2112棱线正交放置，保证放大过程中光路的稳定度；

第一补偿波片2c1、第二补偿波片2e1采用紫外熔融石英多级波片，相位差1.88π的特殊设计，两面镀有1064nm 0°高透介质膜，半波片2101和2102用以补偿保罗棱镜单元2b1和2112在激光反射过程中带来的偏振改变。

板条激光放大模块3由第一45°反射镜31、第二光束变换单元32、第一板条激光放大单元33、第二45°反射镜34、第三45°反射镜35、第二板条激光放大单元36、光束补偿单元37、第三板条激光放大单元38组成；

固体激光预放大模块2产生的mJ量级激光经过第一45°反射镜31和第二光束变换单元32入射到第一板条激光放大单元33中，激光再经过第二45°反射镜34和第三45°反射镜35组成的反射镜入射到第二板条激光放大单元36中，之后通过光束补偿单元37对激光的像差进行补偿，最终进入第三板条激光放大单元38实现100Hz的百mJ量级单频线偏振激光输出；

第一45°反射镜31、第二45°反射镜34和第三45°反射镜35采用平面反射镜，镀有1064nm 45°激光高反介质膜，材质JGS1玻璃；

第一板条激光放大单元33、第二板条激光放大单元36和第三板条激光放大单元38由板条晶体和激光二极管阵列组成，其中第一板条激光放大单元33、第二板条激光放大单元36的板条晶体切角31°，并呈轴对称放置用以补偿晶体热效应带来的像差，晶体端面镀有1064nm激光高透介质膜；

第三板条激光放大单元38中板条晶体切角45°，晶体端面镀有1064nm激光高透介质膜；

光束补偿单元37由1块柱面镜组成，柱面镜两侧镀有0°激光高透介质膜，材质JGS1玻璃；

倍频模块4由第三光束变换单元41、倍频激光晶体42、和频激光晶体43组成；

板条激光放大模块3产生的百mJ 1064nm激光通过倍频激光晶体42后产生部分532nm激光，再通过倍频模块4后产生部分355nm激光，最终发射重频100Hz的1064nm、532nm、355nm的单频三波长线偏振激光，频率稳定性优于1MHz；

倍频激光晶体是一块I类临界相位匹配的LBO晶体θ＝90°，

倍频激光晶体是一块II类临界相位匹配的LBO晶体θ＝42.6°，

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。