一种基于人工智能的双调Q窄线宽中红外激光器及输出方法

本发明涉及激光，尤其涉及一种基于人工智能的双调q窄线宽中红外激光器及输出方法。

背景技术：

1、窄脉宽、窄线宽的中红外激光在光谱探测、环境监测、医疗诊断以及光电对抗等军民领域具有广泛的应用前景。基于准相位匹配技术的光学参量振荡其（opo）具有转换效率高、调谐方式灵活的突出优势，是获得高效可调谐中红外激光的有效方法之一。

2、随着非线性晶体掺杂技术的成熟，自光参量振荡（sopo）技术得到长足发展。利用一块掺杂晶体就可以同时实现能级跃迁和光参量振荡，获得中红外激光输出。由于减少了晶体数量，基于自光参量振荡的中红外激光器实现了紧凑化、小型化。但自光参量振荡器受制于泵浦光脉宽、激光谐振腔长和非线性晶体的光学特性等因素的影响，输出的参量光的脉宽可达十几纳秒；同时泵浦光线宽以及增益展宽会导致输出参量光的光谱线宽达到十几纳米。宽谱宽、宽线宽特性限制了自光参量振荡器在精确距离测量、大气污染物检测等领域应用。因此，需设计一种中红外激光器满足特定领域对窄谱宽、窄线宽中红外激光输出需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于人工智能的双调q窄线宽中红外激光器结构包括泵浦源1、传输光纤2、耦合镜组3、45度镜4、被动调q晶体5、声光调q器件6、f-p标准具转盘7、全反镜8、sopo输入镜9、sopo晶体10、晶体温度控制装置11、sopo输出镜12、第一分光镜13、第二分光镜14、第三分光镜15、光谱仪16、示波器17、主控电脑18、光电探测器29。

2、水平方向上设置45度镜4、sopo输入镜9、sopo晶体10、sopo输出镜12。45度镜4呈45度角放置，45度镜4下方设置被动调q晶体5、声光调q器件6、f-p标准具转盘7、全反镜8。sopo输出镜12后方放置第一分光镜13，第一分光镜13下方设置第二分光镜14、第三分光镜15。

3、全反镜8、45度镜4、sopo输出镜12构成基频光腔，sopo输入镜9、sopo输出镜12构成参量光振荡腔。

4、45度镜4外侧设置泵浦源1、传输光纤2、耦合镜组3，泵浦源1发出的泵浦光经传输光纤2和耦合镜组3耦合，注入sopo晶体10。

5、晶体温度控制装置11安置在sopo晶体10下方，包括温度传感器和控温装置，通过数据线将温度传感器采集到温度信息传递给主控电脑18，同时将主控电脑18发出的温控信息传输至控温装置。

6、光谱仪16接收第一分光镜13、第二分光镜14反射的中红外激光，获得的光谱信息经过数据线传输至主控电脑18。

7、光电探测器29与示波器17相连，接收经第一分光镜13、第二分光镜14、第三分光镜15反射的中红外激光，示波器17处理得到脉冲信息，经数据线传输至主控电脑18。

8、主控电脑18通过数据线控制声光调q器件6和f-p标准具转盘7。

9、主控电脑18实时获取sopo晶体10温度、中红外激光波长、线宽、重频、脉宽，经神经网络运算获得控制信号，经数据线传输至晶体温度控制装置11、声光调q器件6、f-p标准具转盘7，对晶体温度控制装置11内温控装置制冷量、声光调q器件6频率、f-p标准具23状态进行主动调控。

10、f-p标准具转盘7包括f-p标准具载物台19、连接杆20、步进电机驱动器21、f-p标准具步进电机22、f-p标准具23、f-p标准具步进电机齿轮24、f-p标准具齿轮25、转轴26、f-p标准具转盘步进电机27、f-p标准具转盘步进电机转轴28。

11、f-p标准具转盘7中心的f-p标准具转盘步进电机27与步进电机驱动器21相连，并固定在f-p标准具载物台19上，内部f-p标准具转盘步进电机转轴28与连接杆20相连，在f-p标准具转盘步进电机27作用下，f-p标准具载物台19可以绕连接杆20旋转。

12、f-p标准具载物台19上设置通孔，通孔内设有转轴26，转轴26上安装f-p标准具23，转轴26靠近f-p标准具载物台19中心一端安装f-p标准具齿轮25，且与f-p标准具步进电机22上的f-p标准具步进电机齿轮24相咬合，f-p标准具步进电机22与步进电机驱动器21相连，f-p标准具23在f-p标准具步进电机22带动下绕转轴26转动。

13、f-p标准具转盘7内步进电机驱动器21通过数据线与主控电脑18相连，接收主控电脑18发出的控制信号，控制f-p标准具步进电机22转动，实现f-p标准具23切换与角度调整。

14、具体的，f-p标准具转盘7内f-p标准具23数量为4个，且4个f-p标准具23的厚度不相同。

15、具体的，泵浦源1为813nm半导体激光器，sopo晶体10为nd:mgo:ppln晶体，被动调q晶体5为cr4+:yag晶体。

16、具体的，45度镜4镀有45度1084nm全反膜、45度813nm增透膜，全反镜8镀有1084nm全反膜，sopo输入镜9镀有1084nm增透膜、3~5μm全反膜、1.4~1.7μm全反膜，sopo输出镜12镀有1.4~1.7μm全反膜、3~5μm增透膜。

17、本发明的另一面，利用上述基于人工智能的双调q窄线宽中红外激光器的输出方法，所述方法包括：

18、s1：无sopo晶体10温度、中红外激光波长、线宽、重频、脉宽参数输入下，主控电脑18内神经网络给出初始控制信号，经数据线传输至晶体温度控制装置11、声光调q器件6、f-p标准具转盘7，控制sopo晶体10制冷量、声光调q器件6频率、f-p标准具23状态；

19、s2：泵浦源1发出的泵浦光经传输光纤2和耦合镜组3耦合，汇聚后的泵浦光穿过45度镜4、sopo输入镜9聚焦到sopo晶体10，sopo晶体10吸收泵浦光发生能级跃迁，生成的基频光在被动调q晶体5、声光调q器件6作用下形成窄脉宽的基频光脉冲，在基频光腔内振荡过程中，f-p准具23压缩基频光的谱线宽度，最终获得窄脉宽、窄线宽基频光脉冲；

20、s3：窄脉宽、窄线宽基频光脉冲在sopo晶体10发生光参量振荡，生成参量光，并在参量光振荡腔内振荡放大，获得的中红外激光由sopo输出镜12射出；

21、s4：sopo晶体10下方的晶体温度控制装置11，将温度传感器采集到温度信息传递给主控电脑18；经第一分光镜13、第二分光镜14反射的中红外激光被光谱仪16接收，获得的光谱信息通过数据线传输至主控电脑18；经第一分光镜13、第二分光镜14、第三分光镜15反射的中红外激光被光电探测器29接收，与其相连的示波器17处理得到脉冲信息，通过数据线传输至主控电脑18；

22、s5：主控电脑18接收晶体温度控制装置11、光谱仪16、示波器17传送来的sopo晶体10温度、中红外激光波长、线宽、重频、脉宽信息，经神经网络运算获得控制信号，经数据线传输至晶体温度控制装置11、声光调q器件6、f-p标准具转盘7；

23、s6：晶体温度控制装置11接收控制信号，调节晶体温度控制装置11内温控装置的制冷量；声光调q器件6接收控制信号，调节声光调q器件6的频率；f-p标准具转盘7接收控制信号，调节f-p标准具23状态。

24、具体的，步骤s6中包括如下步骤：

25、s61：f-p标准具转盘7接收控制信号后，步进电机驱动器21在控制信号驱动下，向f-p标准具转盘步进电机27和f-p标准具步进电机22发出f-p标准具23选择控制信号、f-p标准具23角度控制信号；

26、s62：在f-p标准具23选择控制信号下，f-p标准具转盘步进电机27带动f-p标准具载物台19绕连接杆20转动，使设定的f-p标准具23处于基频光腔内；

27、s63：在f-p标准具23角度控制信号下，f-p标准具步进电机22转动，先后带动f-p标准具步进电机齿轮24和f-p标准具齿轮25，使f-p标准具23角度达到设定值。

28、本公开提出了一种基于人工智能的双调q窄线宽中红外激光器及输出方法。采用被动调q和声光调q复合的双调q技术，对中红外激光的脉宽进行压窄。本公开中f-p标准具转盘7可以实现f-p标准具23的切换和角度调整，通过最佳厚度和角度的f-p标准具23，实现中红外激光谱线压缩。利用采集到的激光器参数，通过神经网络运算获得控制信号，实现激光器性能主动调控。本公开提出一种基于人工智能的双调q窄线宽中红外激光器，具备窄线宽、窄脉宽输出、实时调控的特点，扩展了获得中红外单频窄脉宽激光的技术方案。