專利名稱：脈寬可調(diào)諧yag激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種新型毫微秒激光脈寬可調(diào)諧的YAG激光器，是對(duì)原YAG調(diào)Q振蕩器和削波開(kāi)關(guān)的改進(jìn)和簡(jiǎn)化，發(fā)明了一種調(diào)諧脈寬的新結(jié)構(gòu)。
目前在激光工程中，調(diào)諧毫微秒激光脈寬是通過(guò)改變普克爾盒削波器上的成型電纜的長(zhǎng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不同的成型電纜長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)不同的削波脈寬，然而換用成型電纜給使用帶來(lái)不便；另外，采用削波開(kāi)關(guān)獲得短脈沖，是以犧牲激光能量為代價(jià)的，且普克爾盒及其驅(qū)動(dòng)電源的造價(jià)較高，調(diào)整復(fù)雜。
本實(shí)用新型的目的在于克服上述削波開(kāi)關(guān)調(diào)諧毫微秒脈沖寬度的不足，提供一種只要簡(jiǎn)單設(shè)備且調(diào)整簡(jiǎn)易的毫微秒脈沖寬度可連續(xù)調(diào)諧的YAG激光器。
本實(shí)用新型采用的技術(shù)解決方案本脈寬可調(diào)諧YAG激光器的光學(xué)元件包括偏振輸出的YAG染料片調(diào)Q振蕩器、四分之一波片和受激布里淵散射(SBS)雙級(jí)相位共軛鏡，SBS雙級(jí)相位共軛鏡由SBS振蕩池和放大池以及聚焦透鏡組成。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明

圖1為脈寬可調(diào)諧YAG激光器的光路示意圖，其中1為平面全反鏡，2為染料片，3為偏振棱鏡，4為YAG激光棒，5為小孔光欄，6為未鍍膜平行平片，由1～6構(gòu)成偏振輸出的YAG染料片調(diào)Q振蕩器，7為1.06微米波長(zhǎng)的四分之一波片，8為SBS放大池，9為聚焦透鏡，10為SBS振蕩池，8～10構(gòu)成SBS雙級(jí)相位共軛鏡。
結(jié)合圖1說(shuō)明其工作原理如下YAG振蕩器產(chǎn)生調(diào)Q線偏振脈沖，經(jīng)7后成園偏振光，進(jìn)入SBS雙級(jí)相位共軛鏡，產(chǎn)生的后向SBS脈沖經(jīng)7后又變成線偏振光，但其偏振方向與原入射偏振光的偏振方向相互垂直，在其反饋進(jìn)入振蕩器后由3藕合輸出。輸出SBS激光脈寬受到三種機(jī)制的壓縮1.YAG振蕩器輸出調(diào)Q激光進(jìn)入SBS振蕩池，由于采用短焦透鏡，后向SBS激光前沿變陡。2.后向SBS激光進(jìn)入SBS放大池與入射脈沖碰撞，產(chǎn)生SBS放大，從而脈沖前沿得到放大，后沿由于能量被抽空而減弱，使得能量從后沿轉(zhuǎn)移到前沿，起到壓縮后沿的作用。由于放大池較長(zhǎng)，為得到有效的放大，要求選用的介質(zhì)對(duì)1.06微米波長(zhǎng)的吸收盡可能的小，且有較高的增益。3.后向SBS散射激光反饋進(jìn)入腔內(nèi)，受到Y(jié)AG激光介質(zhì)的放大，考慮到SBS的閾值效應(yīng)，SBS的產(chǎn)生有一定的延遲時(shí)間Δt，因而從調(diào)Q脈沖輸出到后向SBS反饋到Y(jié)AG介質(zhì)端面的渡躍時(shí)間為Δt＋2L/C，(C為光速)，選定L值使渡躍時(shí)間約為諧振腔本身調(diào)Q脈寬的1.5倍，當(dāng)SBS脈沖前沿反饋進(jìn)入腔內(nèi)時(shí)，此時(shí)振蕩器調(diào)Q脈沖已處于下降后沿的一半左右，由于SBS反饋脈沖前沿已得到加強(qiáng)，且共軛鏡的總體SBS轉(zhuǎn)換效率比諧振腔輸出平片的反射率大7倍左右，因而SBS反饋脈沖強(qiáng)度較此時(shí)腔內(nèi)振蕩激光強(qiáng)度大，從而YAG介質(zhì)上能級(jí)粒子數(shù)被抽空，使振蕩脈沖后沿減弱，也進(jìn)一步壓縮了后沿。至此存在兩個(gè)參數(shù)可以改變脈沖壓縮的效果1.透鏡9的焦點(diǎn)至放大池8的端面的距離L1。調(diào)Q脈沖經(jīng)SBS放大池8進(jìn)入SBS振蕩池10，從SBS的產(chǎn)生到SBS脈沖前沿往后傳輸?shù)竭_(dá)放大池端面的時(shí)間為L(zhǎng)1/C，而此間調(diào)Q脈沖繼續(xù)往前傳輸，當(dāng)SBS進(jìn)入放大池得到泵浦光的放大，從而開(kāi)始對(duì)泵浦光抽空，由于光束的相向傳輸，有2L1/C的一段泵浦激光是不被SBS抽空的，從而使得雙級(jí)SBS共軛鏡產(chǎn)生的SBS脈沖頭部有一定的寬度，并隨L1的增大而變寬。2.透鏡9的焦距至YAG介質(zhì)表面的距離L，當(dāng)SBS激光反饋進(jìn)入腔內(nèi)，到達(dá)YAG介質(zhì)端面時(shí)，才開(kāi)始抽空介質(zhì)上能級(jí)粒子數(shù)，影響振蕩器本身激光的輸出，所以L的值決定脈沖后沿被進(jìn)一步壓縮的起始位置。
圖1中若YAG染料片調(diào)Q振蕩器的染料片透過(guò)率為t1，其輸出脈寬為8ns，選取適當(dāng)長(zhǎng)度的放大池和L2，以及合適的SBS介質(zhì)，L1從小至大變化，由偏振棱鏡藕合輸出的SBS激光脈沖波形穩(wěn)定，其脈沖寬度可以從2.5～8ns連續(xù)可調(diào)，能量起伏為7％，光束發(fā)散角為3倍衍射限；換用染料片透過(guò)率為t2，振蕩器輸出脈寬為20ns，同樣調(diào)諧L1，輸出激光脈寬可以從6ns～20ns連續(xù)可調(diào)。
圖2中，(a)～(d)為染料片透過(guò)率取t1，調(diào)Q脈寬為8ns以及取適當(dāng)長(zhǎng)度的放大池和L2時(shí)，L1分別取0.1米，0.3米，0.6米和1.2米時(shí)的輸出激光脈沖波形，(e)為取走SBS放大池后的輸出激光脈沖波形，(f)為振蕩器調(diào)Q脈沖波形。
本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，調(diào)整方便且改變SBS共軛鏡的相對(duì)位置不會(huì)影響激光輸出的方向，實(shí)現(xiàn)了脈寬在毫微秒內(nèi)可連續(xù)調(diào)諧，能滿足激光非線性光學(xué)方面的教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研的要求，也可以作為高功率激光器的振蕩源，進(jìn)行不同脈寬下的激光等離子體研究。
權(quán)利要求1.一種毫微秒脈寬可調(diào)諧YAG激光器，由脈沖激光電源和YAG激光振蕩器組成，其特征在于所述的YAG激光振蕩器的光學(xué)元件由YAG染料片調(diào)Q振蕩器1～6、四分之一波片7、受激布里淵散射(SBS)雙級(jí)相位共軛鏡8～10構(gòu)成，且其光路走向?yàn)檎袷幤鬏敵龅恼{(diào)Q脈沖經(jīng)SBS雙級(jí)相位共軛鏡壓縮脈寬后，再次通過(guò)四分之一波片，偏振方向轉(zhuǎn)90°，反饋進(jìn)入腔內(nèi)由YAG介質(zhì)再放大，由偏振棱鏡藕合輸出激光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)諧YAG激光器，其特征在于所述的SBS雙級(jí)相位共軛鏡由SBS振蕩池10，短焦透鏡9，SBS放大池8組成。SBS放大池靠近振蕩器輸出端；調(diào)諧脈寬的SBS雙級(jí)相位共軛鏡中SBS振蕩池和SBS放大池之間的距離可調(diào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈寬可調(diào)諧YAG激光器，其特征在于所述的激光藕合輸出，是由四分之一波片7和偏振棱鏡3實(shí)現(xiàn)的，且偏振棱鏡位于振蕩器全反鏡一端。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種毫微秒激光脈寬可連續(xù)調(diào)諧的YAG激光器，脈寬調(diào)諧由受激布里淵散射(SBS)雙級(jí)相位共軛鏡實(shí)現(xiàn)，其脈寬可以從2.5ns～20ns連續(xù)調(diào)諧。輸出脈寬波形穩(wěn)定，光束質(zhì)量好，解決了以往獲得毫微秒脈沖的調(diào)Q激光器加削波開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)的造價(jià)高、調(diào)整復(fù)雜等缺點(diǎn)。本脈寬可調(diào)諧YAG激光器由偏振輸出的染料片調(diào)Q的YAG振蕩器，四分之一波片和SBS雙級(jí)相位共軛鏡組成，這種結(jié)構(gòu)的脈寬調(diào)諧不改變激光輸出方向，且調(diào)整簡(jiǎn)單，造價(jià)低。
文檔編號(hào)H01S3/106GK2231453SQ9521276
公開(kāi)日1996年7月17日 申請(qǐng)日期1995年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1995年5月26日
發(fā)明者何偉明, 呂志偉, 王騏, 馬祖光 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)光電子技術(shù)研究所