專利名稱：調(diào)q方式快速切變的電光、聲光雙調(diào)q脈沖激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電光、聲光雙調(diào)Q，且調(diào)Q方式能夠快速切變的調(diào)Q脈沖激光器。
背景技術(shù)：
調(diào)Q脈沖激光器是將激光輸出能量壓縮到時(shí)間寬度極窄的激光脈沖中發(fā)射，其工作原理為當(dāng)Q開關(guān)關(guān)閉時(shí)，激光諧振腔處于低Q值狀態(tài)，腔內(nèi)損耗大，激光發(fā)光閾值高，泵浦輻射的能量存儲(chǔ)在激光放大介質(zhì)中。電光調(diào)Q和聲光調(diào)Q是目前激光技術(shù)領(lǐng)域常用的兩種調(diào)Q方式，電光調(diào)Q是利用某些晶體的電光效應(yīng)做成相應(yīng)的電光調(diào)Q開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)調(diào)Q功能，電光調(diào)Q具有開關(guān)時(shí)間短(約I(T9S)、效率高、調(diào)Q時(shí)刻可以精確控制、輸出脈沖寬度窄(10 20ns)、峰值功率高(幾十MW以上)等優(yōu)點(diǎn)，但調(diào)制電壓高(幾千伏)，不易實(shí)現(xiàn)高重復(fù)頻率的激光脈沖輸出，·因此，電光調(diào)Q激光器一般工作在低重復(fù)頻率狀態(tài)(100Hz以下)；聲光調(diào)Q是利用超聲波在聲光介質(zhì)內(nèi)傳輸時(shí)，聲光介質(zhì)中形成的折射率產(chǎn)生周期性的分布的特點(diǎn)做成調(diào)Q開關(guān)器件，超聲波在聲光介質(zhì)內(nèi)部傳播，引起的介質(zhì)折射率周期性變化對(duì)于入射光波相當(dāng)于“相位光柵”，光通過(guò)這種器件時(shí)產(chǎn)生布拉格衍射，光束偏離原來(lái)的傳播方向，從而起到調(diào)Q的作用。聲光調(diào)Q開關(guān)的斷開時(shí)間主要由聲波通過(guò)光束的渡越時(shí)間決定，以熔融石英為例，聲波通過(guò)Imm長(zhǎng)度的材料需要的時(shí)間為200ns，這一時(shí)間對(duì)某些高增益激光器來(lái)說(shuō)太長(zhǎng)，因此，聲光調(diào)Q開關(guān)一般應(yīng)用于增益較低的連續(xù)激光器，另外，由于聲光Q開關(guān)需要的驅(qū)動(dòng)電壓很低(< 200V)，故容易實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)激光器調(diào)Q，以獲得高重復(fù)頻率的激光脈沖輸出，一般重復(fù)頻率可達(dá)I 20kHz。由于聲光調(diào)Q開關(guān)對(duì)高能量激光器的開關(guān)能力較差，故一般適用于低增益調(diào)Q激光器?，F(xiàn)有的調(diào)Q脈沖激光器要么采用電光調(diào)Q方式，輸出大單脈沖能量、高峰值功率、低重復(fù)頻率的激光脈沖，要么采用聲光調(diào)Q方式，輸出小單脈沖能量、低峰值功率、高重復(fù)頻率的激光脈沖，如果實(shí)際應(yīng)用中既需要低重復(fù)頻率的激光脈沖，又需要高重復(fù)頻率的激光脈沖，則要配備兩臺(tái)以不同調(diào)Q方式工作的激光器，并且兩臺(tái)激光器要通過(guò)復(fù)雜的控制電路使其協(xié)同工作。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何克服傳統(tǒng)調(diào)Q脈沖激光器不能在同一激光脈沖輸出序列中既包含大單脈沖能量、高峰值功率、低重復(fù)頻率的激光脈沖，又包含小單脈沖能量、低峰值功率、高重復(fù)頻率的激光脈沖的缺點(diǎn)，提出一種調(diào)Q方式快速切變的電光、聲光雙調(diào)Q脈沖激光器。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種調(diào)Q方式快速切變的電光、聲光雙調(diào)Q脈沖激光器，所述激光器包括用于實(shí)現(xiàn)電光調(diào)Q的電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)以及用于實(shí)現(xiàn)聲光調(diào)Q的聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)，且所述激光器能夠?qū)崿F(xiàn)所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)與聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)之間工作方式的轉(zhuǎn)換。優(yōu)選地，所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)包括依次放置的反射鏡、電光調(diào)Q晶體和*波片，所述
聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)包括聲光調(diào)Q晶體和反射鏡，且所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)與聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)之間工作方式的轉(zhuǎn)換由偏振片和電光晶體實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，^1波片的光軸方向和偏振片的透光方向間的夾角為45° ,電光調(diào)Q晶體
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的感應(yīng)光軸與I波片的快軸或慢軸重合，所述電光晶體的感應(yīng)光軸與偏振片的通光方向的 4
夾角為45°。 優(yōu)選地，電光調(diào)Q晶體和^1波片的通光面均鍍有增透膜，所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)中的反射鏡的反射面鍍有高反射率膜。優(yōu)選地，將所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)中的反射鏡替換為通光面鍍有增透膜、全反射面鍍有能夠防止全反射時(shí)P光和S光產(chǎn)生位相差的位相膜的角錐棱鏡。優(yōu)選地，所述聲光調(diào)Q晶體的通光面鍍有增透膜，所述反射鏡的反射面鍍有高反射率膜。優(yōu)選地，將所述聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)中的反射鏡替換為通光面鍍有增透膜、全反射面鍍有能夠防止全反射時(shí)P光和S光產(chǎn)生位相差的位相膜的角錐棱鏡。優(yōu)選地，所述偏振片和電光晶體的通光面均鍍有增透膜。優(yōu)選地，將所述偏振片替換為通光端面鍍有增透膜的偏光棱鏡。優(yōu)選地，所述激光器還包括泵浦增益結(jié)構(gòu)，所述泵浦増益結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)ニ向色鏡和激光介質(zhì)，兩個(gè)ニ向色鏡分別設(shè)置于激光介質(zhì)的兩端。(三)有益效果本發(fā)明采用電光、聲光雙調(diào)Q的方式，電光、聲光調(diào)Q方式可快速切變，實(shí)現(xiàn)了在調(diào)Q激光器的同一輸出脈沖序列中，既包含大單脈沖能量、高峰值功率、窄脈沖寬度、低重復(fù)頻率的激光脈沖，又包含小單脈沖能量、低峰值功率、寬脈沖寬度、高重復(fù)頻率的激光脈沖，簡(jiǎn)化了設(shè)備。


圖I是本發(fā)明一種實(shí)施例的激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖I的激光器的一種實(shí)施方式示意圖，采用端面泵浦方式工作；圖3是圖I的激光器的另ー種實(shí)施方式示意圖，采用側(cè)面泵浦方式工作；圖4是本發(fā)明的另ー實(shí)施例的激光器結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)使用的激光介質(zhì)為各向異性增益介質(zhì)；圖5是本發(fā)明的又一種實(shí)施例的激光器結(jié)構(gòu)示意圖，其中用偏光棱鏡代替了偏振片;圖6是本發(fā)明的再一種實(shí)施例的激光器結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)采用折疊腔結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)ー步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提出了ー種調(diào)Q方式快速切變的電光、聲光雙調(diào)Q脈沖激光器，該激光器結(jié)構(gòu)中既包含電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)也包含聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)，通過(guò)電光晶體與偏振片實(shí)現(xiàn)電光調(diào)Q方式和聲光調(diào)Q方式之間的快速轉(zhuǎn)換，使得同一激光器的同一輸出脈沖序列中，既包含由電光調(diào)Q產(chǎn)生的重復(fù)頻率低、單脈沖能量大、脈沖寬度窄、脈沖峰值功率高的激光脈沖，又包含由聲光調(diào)Q產(chǎn)生的重復(fù)頻率高、單脈沖能量低、脈沖寬度寬且脈沖峰值功率較小的激光脈沖。圖I給出了本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)示意圖，整個(gè)的調(diào)Q部分既包括電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)也、包括聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)，光從右向左，經(jīng)偏振片8 (假設(shè)光的偏振方向在紙面內(nèi)，電光晶體5不加電壓)通過(guò)電光晶體5后，仍然是偏振方向平行于紙面的線偏振光，偏振片4的透光方向平
2I
行于紙面，因此光可順利透過(guò)偏振片4，7波片3的光軸與紙面的夾角為45°，光通過(guò)マ波
片3后，變?yōu)閳A偏振光，當(dāng)電光調(diào)Q晶體2不加電壓時(shí)，其對(duì)光的偏振態(tài)不產(chǎn)生影響，圓偏振
光經(jīng)反射鏡I反射后，圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向與入射光相反，再經(jīng)過(guò)*波片3后，變?yōu)榫€偏振
光，但偏振方向和紙面垂直，這樣不能通過(guò)偏振片4而是由其向上反射出諧振腔，這樣就不
能形成激光振蕩。若電光調(diào)Q晶體2加上^1電壓,則相當(dāng)于ー個(gè)了波片，電光調(diào)Q晶體2加
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電壓后感應(yīng)生成的^·波片的快軸和4波片3的快軸重合，則二者共同的作用相當(dāng)于ー個(gè)*波片，且光軸與紙面的夾角為45°，當(dāng)從偏振片4出射的偏振方向平行于紙面的線偏振光通過(guò)I波片3和加二電壓的電光調(diào)Q晶體2后，偏振面旋轉(zhuǎn)90°，光矢量的振動(dòng)方向和紙
面垂直，經(jīng)平面反射鏡I反射后，偏振方向不變，仍然垂直于紙面，通過(guò)加^1電壓的電光調(diào)Q
晶體2及*波片3后，光矢量的振動(dòng)方向再次旋轉(zhuǎn)90°，光的偏振方向與紙面平行，可以順
利通過(guò)偏振片4，這樣就形成激光振蕩；若電光調(diào)Q晶體2加^1電壓后，感應(yīng)生成的J波片
的快軸與.波片3的慢軸重合，則二者對(duì)偏振光的影響相互抵消，加電壓后的電光調(diào)Q晶
體2和*波片3組合起來(lái)對(duì)偏振光不產(chǎn)生影響，所以由偏振片4出射的偏振方向平行于紙
面的線偏振光經(jīng)過(guò)I波片3和電光調(diào)Q晶體2后，仍然為偏振方向平行于紙面的線偏振光，經(jīng)平面反射鏡I反射，再次通過(guò)電光調(diào)Q晶體2和I波片3后，偏振方向依然保持不變，光
矢量的振動(dòng)方向還是處于紙面內(nèi)，與偏振片4的透光方向一致，因此，反射光能順利通過(guò)棱鏡,這樣也形成激光振蕩。可見，在電光調(diào)Q的工作狀態(tài)下，當(dāng)電光調(diào)Q晶體2不加電壓時(shí)，諧振腔不能形成激光振蕩，處于低Q值狀態(tài)，腔內(nèi)損耗很大；當(dāng)電光調(diào)Q晶體2加上*電壓時(shí)，無(wú)論電光晶體
感應(yīng)生成的快軸與#波片3的快軸平行還是垂直，光在諧振腔內(nèi)都能形成振蕩，諧振腔處于高Q值狀態(tài)，腔內(nèi)損耗很小。當(dāng)電光晶體5加^7電壓時(shí),感應(yīng)光軸與紙 面的夾角為45° ,向左傳輸?shù)?、偏振面?br> 行于紙面的線偏振光經(jīng)過(guò)加^1電壓的電光晶體5后,偏振方向旋轉(zhuǎn)90° ,光矢量的振動(dòng)方
向垂直于紙面，經(jīng)偏振片4后反射通過(guò)聲光調(diào)Q晶體6，再經(jīng)平面反射鏡7反射，通過(guò)聲光
調(diào)Q晶體6，并且經(jīng)過(guò)偏振片4反射后，再通過(guò)加+電壓的電光晶體5，光的偏振面向回旋轉(zhuǎn)
90°，光矢量的振動(dòng)方向與紙面平行，與原來(lái)向左入射電光晶體5的光的偏振方向一致。當(dāng)聲光調(diào)Q晶體6上沒有超聲波作用時(shí)，光束不發(fā)生偏折，因此諧振腔內(nèi)能夠形成激光振蕩，諧振腔處于低損耗、高Q值狀態(tài)；當(dāng)聲光調(diào)Q晶體6內(nèi)有超聲波作用時(shí)，光束發(fā)射布拉格衍射，衍射光偏離原來(lái)的光束傳播方向，泄露出腔外，故諧振腔處于高損耗，低Q值狀態(tài)。由以上論述可知，在調(diào)Q模塊中雖然同時(shí)存在電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)和聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)，但ニ者不同時(shí)工作，相互之間沒有影響，電光調(diào)Q和聲光調(diào)Q工作方式之間的轉(zhuǎn)換由偏振片4和電光晶體5完成，由于電光開關(guān)的開關(guān)速度快(可達(dá)ns量級(jí))，因此電光調(diào)Q和聲光調(diào)Qエ作方式之間可以快速轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)在激光器同一輸出激光脈沖序列中，既包含由電光調(diào)Q產(chǎn)生的大單脈沖能量、窄脈沖寬度、高峰值功率的低重頻電光調(diào)Q激光脈沖，又包含由聲光調(diào)Q產(chǎn)生的小單脈沖能量、寬脈沖寬度、低峰值功率的高重頻聲光調(diào)Q激光脈沖。其中，電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)和聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)的位置可以互換。泵浦增益結(jié)構(gòu)包括ニ向色鏡9、激光增益介質(zhì)10，11為端面泵浦輻射，12為側(cè)面泵浦輻射，泵浦源的工作方式可以有以下5種①電光調(diào)Q狀態(tài)下采用側(cè)面泵浦方式，聲光調(diào)Q工作狀態(tài)下采用端面泵浦方式，這樣，從激光器中得到的低重頻激光脈沖的單脈沖能量較大，但光束質(zhì)量相對(duì)較差，高重頻激光脈沖的單脈沖能量較低，但光束質(zhì)量較好。②電光調(diào)Q工作狀態(tài)下采用端面泵浦方式，聲光調(diào)Q工作狀態(tài)下采用側(cè)面泵浦方式，這樣從激光器中得到的低重頻激光脈沖的單脈沖能量較低，但光束質(zhì)量較好，而高重頻激光脈沖的單脈沖能量較高，但光束質(zhì)量較差，在這種工作狀態(tài)下還應(yīng)注意，對(duì)應(yīng)聲光調(diào)Q時(shí)的側(cè)面泵浦輻射不能太強(qiáng)，否則會(huì)引起聲光Q開關(guān)關(guān)不住的現(xiàn)象，這將直接導(dǎo)致高重頻激光脈沖不能形成。
③無(wú)論在電光調(diào)Q工作方式下還是在聲光調(diào)Q工作方式下，均同時(shí)采用側(cè)面泵浦方式和端面泵浦方式，采用這種方法有利于提高輸出激光的單脈沖能量，當(dāng)然，電光調(diào)Q狀態(tài)下和聲光調(diào)Q工作狀態(tài)下，各自對(duì)應(yīng)的端面泵浦和側(cè)面泵浦的比例分配可以根據(jù)實(shí)際情況確定。④電光調(diào)Q工作方式和聲光調(diào)Q工作方式均采用端面泵浦的泵浦方式，如圖2所示，在這種工作方式下，與泵浦工作方式Φ比較，雖然低重頻激光脈沖的單脈沖能量較低，但低重頻激光脈沖和高重頻激光脈沖的光束質(zhì)量都比較好。⑤電光調(diào)Q工作方式和聲光調(diào)Q工作方式均采用側(cè)面泵浦的方法，如圖3所示，在這種工作方式下，與泵浦工作方式Φ相比較，雖然高重頻激光脈沖的光束質(zhì)量有所降低，但是單脈沖能量會(huì)有所提高。在這種工作方式下，不需要ニ向色鏡。13為激光器的輸出鏡，14為輸出的激光,8為另ー偏振片，偏振片8可以更換為兩端鍍有增透膜的偏光棱鏡16。如果激光介質(zhì)為偏振光輸出的各向異性增益介質(zhì)，如NdiYVO4, NdiYLF等，并且只有一個(gè)線偏振態(tài)的激光模式輸出，則偏振片8可以去掉，如圖4所示。偏振片4可更換為偏光棱鏡15，如圖5所示。諧振腔還可以使用折疊腔的結(jié)構(gòu)，如圖6所示。 由以上實(shí)施例可以看出，本發(fā)明米用電光、聲光雙調(diào)Q的方式，電光、聲光調(diào)Q方式可快速切變，實(shí)現(xiàn)了在調(diào)Q激光器的同一輸出脈沖序列中，既包含大單脈沖能量、高峰值功率、窄脈沖寬度、低重復(fù)頻率的激光脈沖，又包含小單脈沖能量、低峰值功率、寬脈沖寬度、高重復(fù)頻率的激光脈沖，簡(jiǎn)化了設(shè)備。以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)Q方式快速切變的電光、聲光雙調(diào)Q脈沖激光器，其特征在于，所述激光器包括用于實(shí)現(xiàn)電光調(diào)Q的電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)以及用于實(shí)現(xiàn)聲光調(diào)Q的聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)，且所述激光器能夠?qū)崿F(xiàn)所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)與聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)之間工作方式的轉(zhuǎn)換。
2.如權(quán)利要求I所述的激光器，其特征在于，所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)包括依次放置的反射鏡(I)、電光調(diào)Q晶體(2)和*波片(3)，所述聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)包括聲光調(diào)Q晶體(6)和反射鏡(7)，且所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)與聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)之間工作方式的轉(zhuǎn)換由偏振片(4)和電光晶體(5)實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，#波片(3)的光軸方向和偏振片(4)的 透光方向之間的夾角為45°，電光調(diào)Q晶體(2)的感應(yīng)光軸與I波片(3)的快軸或慢軸重 合，所述電光晶體(5)的感應(yīng)光軸與偏振片(4)的通光方向的夾角為45°。
4.如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，電光調(diào)Q晶體⑵和4波片(3)的通光面均鍍有增透膜，所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)中的反射鏡(I)的反射面鍍有高反射率膜。
5.如權(quán)利要求4所述的激光器，其特征在于，將所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)中的反射鏡(I)替換為通光面鍍有增透膜、全反射面鍍有能夠防止全反射時(shí)P光和S光產(chǎn)生位相差的位相膜的角錐棱鏡。
6.如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，所述聲光調(diào)Q晶體(6)的通光面鍍有增透膜，所述反射鏡(7)的反射面鍍有高反射率膜。
7.如權(quán)利要求6所述的激光器，其特征在于，將所述聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)中的反射鏡(7)替換為通光面鍍有增透膜、全反射面鍍有能夠防止全反射時(shí)P光和S光產(chǎn)生位相差的位相膜的角錐棱鏡。
8.如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，所述偏振片(4)和電光晶體(5)的通光面均鍍有增透膜。
9.如權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，將所述偏振片(4)替換為通光端面鍍有增透膜的偏光棱鏡。
10.如權(quán)利要求I 9中任一項(xiàng)所述的激光器，其特征在于，所述激光器還包括泵浦增益結(jié)構(gòu)，所述泵浦增益結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)二向色鏡(9)和激光介質(zhì)(10)，兩個(gè)二向色鏡(9)分別設(shè)置于激光介質(zhì)(10)的兩端。
全文摘要
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種調(diào)Q方式快速切變的電光、聲光雙調(diào)Q脈沖激光器，所述激光器包括用于實(shí)現(xiàn)電光調(diào)Q的電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)以及用于實(shí)現(xiàn)聲光調(diào)Q的聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)，且所述激光器能夠?qū)崿F(xiàn)所述電光調(diào)Q結(jié)構(gòu)與聲光調(diào)Q結(jié)構(gòu)之間工作方式的轉(zhuǎn)換。本發(fā)明采用電光、聲光雙調(diào)Q的方式，電光、聲光調(diào)Q方式可快速切變，實(shí)現(xiàn)了在調(diào)Q激光器的同一輸出脈沖序列中，既包含大單脈沖能量、高峰值功率、低重復(fù)頻率的激光脈沖，又包含小單脈沖能量、低峰值功率、高重復(fù)頻率的激光脈沖，簡(jiǎn)化了設(shè)備。
文檔編號(hào)H01S3/115GK102723661SQ20121013548
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月2日
發(fā)明者劉歡, 鞏馬理, 張海濤, 柳強(qiáng), 王濤, 閆平, 黃磊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)