專利名稱：一種硅酸鎵電光晶體調(diào)q激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種適用于高低溫環(huán)境工作的脈沖固體激光器，特別是一種采用 新型電光晶體硅酸鎵(La3G Si0M，簡稱LGS)作為電光開關(guān)的電光調(diào)Q激光器。
背景技術(shù)：
脈沖固體激光器是目前應(yīng)用最廣泛的一種激光器，使用電光調(diào)Q技術(shù)可以獲得高 功率的激光巨脈沖Q開關(guān)關(guān)閉時，激光泵浦的能量儲存在激光介質(zhì)中，打開Q開關(guān)時，激光
介質(zhì)內(nèi)的儲能在非常短的時間內(nèi)釋放出來，可獲得高峰值功率的激光巨脈沖。利用晶體的
電光效應(yīng)可以設(shè)計制作出快速的電控光閘，稱為電光Q開關(guān)。目前能提供摻釹釔鋁石榴石 (Nd:YAG)脈沖調(diào)Q激光器的電光Q開關(guān)晶體主要有三種磷酸二氖鉀(KD2P04，簡稱DKDP)、 鈮酸鋰(LiNb03)晶體和磷酸鈦氧銣(RbTiOP(V簡稱RTP)晶體，其各有優(yōu)點，多年來已被人 們廣泛使用。但是，隨著激光技術(shù)的發(fā)展，它們的一些特性不能滿足特殊應(yīng)用的要求。如 LiNb03晶體的峰值激光功率極限為50麗/cm2左右，不適于在高功率條件下使用；DKDP是水 溶性晶體，使用中需采取防潮措施，為防止表面霧化效應(yīng)工作溫度必須低于55t:，其電光系 數(shù)隨溫度變化大，需采取溫控措施，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性存在隱患，其工作電壓不可根據(jù)晶體 尺寸進行調(diào)整；RTP電光Q開關(guān)需采用兩塊性能一致的晶體配組使用，使用過程中可能發(fā) 生晶體性能失配或在高壓下?lián)舸p傷，可靠性同樣存在隱患。LGS是一種新型具有旋光性 的電光晶體，山東大學(xué)在國際上首先測得其高電光系數(shù)及高光傷閾值(光損傷閾值800麗/ cm2約為LiNb03晶體的10倍)，利用激光在諧振腔中來回振蕩的原理和旋光晶體中波矢量 反向回轉(zhuǎn)偏振面旋轉(zhuǎn)的角移為零這一特性，同時利用其橫向電光效應(yīng)，在國際上首次實現(xiàn) 了旋光性電光晶體在高功率脈沖調(diào)Q激光器中的應(yīng)用(見中國激光第31巻第1期2004 年《La3Ga5Si014晶體電光Q開關(guān)的研究》)。由于技術(shù)原因，使用LGS晶體作為電光調(diào)Q 的Nd:YAG激光器至今沒有在高低溫條件下工作的報導(dǎo)。由于以上原因，目前國內(nèi)高功率 Nd:YAG電光調(diào)Q激光器尚不能在_40°C +65°0環(huán)境條件下使用，限制了高功率Nd:YAG電 光調(diào)Q激光器的廣泛應(yīng)用，特別是在軍工、航天方面的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電光晶體硅酸鎵調(diào)Q激光器。它采取 特殊的溫控裝置，克服現(xiàn)有高功率Nd:YAG電光調(diào)Q激光器不能在_40°C +65°0高低溫下 工作的缺陷，以滿足高功率Nd:YAG電光調(diào)Q激光器在軍工、航天方面使用的要求。 —種硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，包括激光泵浦源、諧振腔、Nd: YAG棒、LGS晶體組 件、高壓脈沖調(diào)Q電源，激光泵浦源設(shè)置于Nd:YAG棒的一側(cè)；其特征在于，激光泵浦源為脈 沖氙燈，諧振腔由全反鏡和輸出鏡組成，諧振腔內(nèi)依次設(shè)置有LGS晶體組件、Nd: YAG棒。 所述的Nd:YAG棒的兩個端面均鍍有增透膜。Nd:YAG棒用作激光介質(zhì)，Nd:YAG激 光器須使用大能量的氙燈泵浦才能獲得高功率的輸出，而大能量的氙燈泵浦必將使激光棒 端面產(chǎn)生熱透鏡效應(yīng)、激光棒體內(nèi)增益不均勻，導(dǎo)致激光泵浦效率下降、光束質(zhì)量變壞、工作頻率下降。所述的Nd:YAG棒的側(cè)表面設(shè)置有螺紋。該螺紋結(jié)構(gòu)可增加Nd:YAG棒的散熱面積
和導(dǎo)熱效果，提高了氙燈泵浦的均勻性，從而減少了大能量泵浦產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)，使激光
介質(zhì)增益均勻，輸出光強分布均勻，同時提高了激光泵浦效率和工作頻率。所述的螺紋的高度為Nd:YAG棒直徑的0. 02倍，螺紋的間距為Nd:YAG棒直徑的
0. 131 0. 196倍。當(dāng)螺紋在該尺寸范圍時，激光器熱透鏡效應(yīng)小、激光泵浦效率高、工作頻
率高、激光輸出光強分布均勻。 所述的Nd:YAG棒與LGS晶體組件之間設(shè)置有溫控A /4波片。 所述的LGS晶體組件與輸出鏡之間設(shè)置有起偏器。 LGS晶體組件與高壓脈沖調(diào)Q電源、起偏器、溫控A /4波片共同組成硅酸鎵電光晶 體調(diào)Q激光器。其中LGS晶體的兩端面均鍍有增透膜，晶體X方向為電場加壓方向，加壓表 面鍍金電極。在高低溫下采用TEC半導(dǎo)體致冷裝置將A /4波片恒溫在20°C ±5°C以保證 波片的位相精度。 本實用新型工作過程如下利用起偏器將自然光變?yōu)槠窆獾脑?，利用?4波 片產(chǎn)生位相延遲的原理將Q開關(guān)關(guān)閉，利用加壓式高壓脈沖調(diào)Q電源瞬時給LGS晶體的兩 個電極施加工作電壓，利用位相延遲的原理將Q開關(guān)打開。 本實用新型硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器采用新型抗光損傷電光晶體LGS制作電光 開關(guān)提高了激光器的抗光損傷能力；A /4波片采用溫控措施保證了電光開關(guān)的溫度性能； 激光棒側(cè)表面采用螺紋加工工藝，減少大能量泵浦產(chǎn)生的熱透鏡效應(yīng)，同時提高了泵浦的 均勻性，從而使Nd:YAG電光調(diào)Q激光器在_40°C +65°0高低溫環(huán)境條件下實現(xiàn)了高功率、 高效率、高重頻運轉(zhuǎn)，而且性能穩(wěn)定，解決了背景技術(shù)中軍工、航天高功率Nd:YAG電光調(diào)Q 激光器的技術(shù)難題，拓寬了該激光器的應(yīng)用范圍。

圖1是本實用新型硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器光路結(jié)構(gòu)示意圖。其中[l]全反鏡、[2]Nd:YAG棒、[3]高壓脈沖調(diào)Q電源、[4]起偏器、[5]輸出鏡、LGS晶體組件、[7]溫控A/4波片、[8]脈沖氙燈。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型做進一步的闡述，但本實用新型所保護范圍
不限于此。 實施例1 硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器光路結(jié)構(gòu)如圖l所示，包括全反鏡[1]、Nd:YAG棒[2]、 高壓脈沖調(diào)Q電源[3] 、1064nm波長起偏器[4]、輸出鏡[5] 、LGS晶體組件[6]、溫控1064nm 波長入/4波片[7]、脈沖氙燈[8];脈沖氙燈[8]設(shè)置于Nd:YAG棒[2]的一側(cè)，由脈沖氙 燈[8]發(fā)出的泵浦光從側(cè)面對Nd:YAG棒[2]進行泵浦，全反鏡[1]和輸出鏡[5]組成諧振 腔，諧振腔內(nèi)依次放置Nd: YAG棒[2]、溫控1064nm波長A /4波片[7] 、 LGS晶體組件[6]、 1064nm波長起偏器[4]。 Nd:YAG棒[2]用作激光介質(zhì)，其兩個端面均鍍有1064nm波長的 增透膜，將Nd: YAG棒側(cè)表面加工成螺紋形狀，螺紋的高度為0. 02D、螺紋的間距為0. 196D (D表示激光棒的直徑)。 所述的LGS晶體組件[6]與高壓脈沖調(diào)Q電源[3] 、 1064nm波長起偏器[4]、溫控 1064nm波長A/4波片[7]共同組成加壓式電光調(diào)Q開關(guān)。其中，溫控1064nm波長A/4波 片[7]采用TEC半導(dǎo)體致冷裝置將其恒溫在2(TC ±5°C;LGS晶體尺寸10xl0x30mm、兩端面 鍍1064nm波長的增透膜；高壓脈沖調(diào)Q電源[3]瞬時提供5000 6000v的工作電壓。(注 晶體的長度可以根據(jù)具體要求進行選取，可以通過調(diào)節(jié)工作電壓方向晶體長度和通光方向 晶體長度的比例來調(diào)節(jié)工作電壓) 全反鏡[1]為平面鏡，表面鍍1064nm波長的高反膜；輸出鏡[5]為平面鏡，表面鍍 1064nm波長、反射率為25±5%的半反膜。 激光器的工作流程脈沖氙燈[8]發(fā)出的泵浦光從側(cè)面對Nd:YAG棒[2]進行泵 浦，利用起偏器[4]將自然光變?yōu)槠窆獾脑?、利用溫?064nm波長A/4波片[7]產(chǎn)生 位相延遲的原理將Q開關(guān)關(guān)閉，泵浦光轉(zhuǎn)為反轉(zhuǎn)粒子存儲起來；利用加壓式高壓脈沖調(diào)Q電 源[3]瞬時給LGS晶體[6]的兩個電極施加工作電壓，利用位相延遲的原理將Q開關(guān)打開。 當(dāng)Q開關(guān)打開時，積攢的大量反轉(zhuǎn)粒子通過受激輻射瞬間轉(zhuǎn)為1064nm波長的激光，由輸出 鏡[5]輸出的激光參數(shù) 能量常溫400mJ， -40°C 350mJ， +65。C 390mJ 脈寬10ns 15ns 工作頻率20Hz。 實施例2 如實施例1所述的硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，不同之處在于，激光器中所有 1064nm波長的光學(xué)元件改為1318nm波長的元件(如起偏器、波片等和光學(xué)元件的膜層)， 輸出鏡[5]輸出1318nm波長 重頻脈沖電光調(diào)Q激光。
權(quán)利要求一種硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，包括激光泵浦源、諧振腔、Nd:YAG棒、LGS晶體組件、高壓脈沖調(diào)Q電源，激光泵浦源設(shè)置于Nd:YAG棒的一側(cè)，其特征在于，激光泵浦源為脈沖氙燈，諧振腔由全反鏡和輸出鏡組成，諧振腔內(nèi)依次設(shè)置有LGS晶體組件、Nd:YAG棒。
2. 如權(quán)利要求1所述的硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，其特征在于，所述的Nd:YAG棒的兩個端面均鍍有增透膜。
3. 如權(quán)利要求1所述的硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，其特征在于，所述的Nd:YAG棒的側(cè)表面設(shè)置有螺紋。
4. 如權(quán)利要求3所述的硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，其特征在于，所述的螺紋的高度為Nd: YAG棒直徑的0. 02倍，螺紋的間距為Nd: YAG棒直徑的0. 131 0. 196倍。
5. 如權(quán)利要求1所述的硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，其特征在于，所述的Nd:YAG棒與LGS晶體組件之間設(shè)置有溫控A /4波片。
6. 如權(quán)利要求1所述的硅酸鎵電光晶體調(diào)Q激光器，其特征在于，所述的LGS晶體組件與輸出鏡之間設(shè)置有起偏器。
專利摘要本實用新型涉及一種適用于高低溫環(huán)境工作的脈沖固體激光器，特別是一種采用新型電光晶體硅酸鎵作為電光開關(guān)的電光調(diào)Q激光器。它包括激光泵浦源、諧振腔、Nd:YAG棒、LGS晶體組件、高壓脈沖調(diào)Q電源，激光泵浦源設(shè)置于Nd:YAG棒的一側(cè)，激光泵浦源為脈沖氙燈，諧振腔由全反鏡和輸出鏡組成，諧振腔內(nèi)依次設(shè)置有LGS晶體組件、Nd:YAG棒。本實用新型使Nd:YAG電光調(diào)Q激光器在-40℃～+65℃高低溫環(huán)境條件下實現(xiàn)了高功率、高效率、高重頻運轉(zhuǎn)，而且性能穩(wěn)定，解決了背景技術(shù)中軍工、航天高功率Nd:YAG電光調(diào)Q激光器的技術(shù)難題，拓寬了該激光器的應(yīng)用范圍。
文檔編號H01S3/131GK201528122SQ20092024085
公開日2010年7月14日 申請日期2009年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月6日
發(fā)明者宋余華, 尹鑫, 張少軍, 張延煒, 張懷金, 方新, 湯瑾, 王繼揚, 范永來, 蔣民華, 談廣清, 黃造 申請人:山東大學(xué)