CN101207264A - 主动控制的被动调q二极管泵浦固体激光器的方法 - Google Patents

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本发明涉及一种调Q激光二极管泵浦固体激光器，特别是主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，它包括激光二极管泵浦源(1)、激光谐振腔，激光谐振腔内固定有激光介质(4)、被动调Q开关(5)，其特征是：利用辅助光源(8)控制被动调Q开关(5)的介质内激光的损耗；当需要关闭被动调Q开关(5)时，关掉辅助光源(8)，此时激光谐振腔内损耗比较大，激光介质(4)内的反转粒子数得到积累；而需要打开被动调Q开关(5)时，则开启辅助光源(8)，对被动调Q开关(5)的介质进行照射，降低激光谐振腔内损耗时，激光谐振腔满足激光输出脉冲条件有激光输出。它的工艺简单、可靠性高、容易实现高频调制。

Description

主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法
技术领域
本发明涉及一种调Q激光二极管泵浦固体激光器，特别是主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法。
背景技术
调Q激光二极管固体激光器，主要由泵浦源激光二极管、耦合系统、谐振腔和Q开关组成。谐振腔是激光器的核心部分，其中激光介质是实现将泵浦能量转化成激光能量的枢纽。泵浦源激光二极管发射泵浦光，经过耦合系统作用于谐振腔内的激光介质，产生激光振荡所需要的粒子数反转。调Q开关控制激光介质内能量的储存和释放，实现激光器的脉冲工作方式。
调Q开关的基本工作原理，通常是利用声光衍射，电光衍射、或某些介质的可饱和吸收等方式实现谐振腔腔内损耗大小的变化。当腔内损耗比较大的时候，振荡光不能起振，激光器没有激光输出，泵浦光导致激光介质上能级粒子数积累，实现能量储存。当腔内损耗比较小时，由于阈值降低，振荡光可迅速起振，激光介质中的上能级粒子短时间内集中受激跃迁，储存的能量迅速释放，形成激光脉冲而输出。以上所述几种控制腔内损耗变化的方式，分别称为声光Q，电光Q和被动Q。在已知的调Q方式中，被动调Q是已知的结构比较简单的调Q方式。
但是被动调Q开光激光脉冲的输出通常不能够通过电路主动地进行控制。这限制了其在某些需要与其他系统同步或需要主动控制脉冲输出的场合的应用。
对于现有的通过声光衍射或电光衍射实现主动调Q制作的二极管泵浦固体激光器，由于存在复杂的电结构和不容易实现高频调制，限制了激光器性能的提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，它的工艺简单、可靠性高、容易实现高频调制。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的，一种主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，它包括激光二极管泵浦源1、激光谐振腔，激光谐振腔内固定有激光介质4、被动调Q开关5，其特征是：利用辅助光源8控制被动调Q开关5的介质内激光的损耗；当需要关闭被动调Q开关5时，关掉辅助光源8，此时激光谐振腔内损耗比较大，激光介质4内的反转粒子数得到积累；而需要打开被动调Q开关5时，则开启辅助光源8，对被动调Q开关5的介质进行照射，降低激光谐振腔内损耗时，激光谐振腔满足激光输出脉冲条件有激光输出。
所述的辅助光源8是激光二极管。
所述的辅助光源8的输出光波波长是被动调Q开关5的饱和吸收波长。
所述的饱和吸收波长范围与输出激光的波长范围一致。
所述的激光谐振腔至少包括谐振腔反射镜3、激光介质4、被动调Q开关5、谐振腔输出镜6，谐振腔反射镜3、激光介质4、被动调Q开关5、谐振腔输出镜6依次沿光轴排例。
所述的辅助光源8是经过谐振腔外侧的辅助光反射镜7反射照射到被动调Q开关5的介质上。
所述的辅助光源8也可以是经谐振腔内侧的辅助光反射镜7反射照射到被动调Q开关5的介质上。
所述的激光介质4泵浦光端面一侧，可以镀光学反射膜构成谐振腔反射镜3。
所述的被动调Q开关5右端面可以镀光学膜构成谐振腔输出镜6。
本发明的特点是：端面泵浦结构通常有光纤耦合方式和非光纤耦合方式。光纤耦合方式连接有光纤耦合器，泵浦光由光纤耦合器输出端输出。无论哪种泵浦方式，激光介质的泵浦源间均可以有光学耦合装置，光学耦合装置可以控制或改善入射到激光介质的泵浦光的空间分布。
本发明的有益效果是，采用本发明的被动调Q激光器，其调Q过程可以主动进行控制，一方面提高了被动调Q激光输出的稳定性，另一方面拓宽其应用的范围，可以用于光脉冲输出需要同其他设备同步的激光应用场合。因此本发明可以作为主动调Q激光器进行应用，与声光调Q开关和电光调Q过程相比较，本发明不需要复杂的电结构，很容易实现高频调制。
附图说明
下面结合实施例附图对本发明做进一步说明。
图1是本发明的原理图，也是第一个实施例的构造图。
图2是本发明实施例2的构造图。
图3是本发明实施例3的构造图。
图4是本发明实施例4的构造图。
图5是本发明实施例5的构造图。
图中：1、激光二极管泵浦源；2、光学耦合单元；3、谐振腔反射镜；4、激光介质；5、被动调Q开关；6、谐振腔输出镜；7、辅助光反射镜；8、辅助光源。
具体实施方式
如图1所示，激光二极管泵浦源1通过光学耦合单元2以一定的空间分布，将泵浦光射入谐振腔中的激光介质4上，对激光介质4进行泵浦。谐振腔由谐振腔反射镜3和谐振腔输出镜6构成，激光介质4在谐振腔反射镜3一侧；被动调Q开关5在谐振腔输出镜6一侧。整体谐振腔光同轴。谐振腔输出镜6外侧的辅助光源8以光脉冲方式输出辅助光，当辅助光源8在开启状态时，光脉冲经谐振腔外的辅助光反射镜7的反射照射到被动调Q开关5(饱和吸收介质)的介质上，迅速对被动调Q开关5的介质产生作用，使之漂白，改变腔内光的损耗，使被动调Q开关5打开，激光谐振腔处于输出激光状态。而当辅助光源8在关闭状态时，被动调Q开关5没有被漂白，被动调Q开关5关闭，谐振腔光损耗较大，这时激光谐振腔将处于关断状态。需要说明的是辅助光源8输出波长范围需覆盖被动调Q开关5中的饱和吸收介质的漂白波长。
图1给出的结构与和传统激光被动调Q方法不同，它考虑了激光在饱和吸收晶体内的吸收系数随晶体吸收光子数的增加而降低的特点，利用辅助光控制被动调Q介质内激光的损耗。当需要关闭被动调Q开关5时，关掉辅助光源8，此时腔内损耗比较大，激光介质内的反转粒子数得到积累。而需要打开被动调Q开关5时，则开启辅助光源8，对被动调Q介质进行照射，降低腔内损耗时，此时可以输出激光脉冲。由于辅助光源8的打开和关闭可以主动控制，因此，这种调Q便具有了主动调Q过程的特点。
同样在图1中，激光谐振腔包括谐振腔反射镜3、激光介质4、被动调Q开关5、谐振腔输出镜6，谐振腔反射镜3，激光介质4、被动调Q开关5、谐振腔输出镜6依次沿光轴排例。
图2给出另一个实施例，它与图1的不同之处在于，谐振腔输出镜6内侧放入了辅助光反射镜7，辅助光源8发射辅助光经谐振腔内的辅助光反射镜7反射照射到被动调Q开关5的介质上，其工作方式与图1完全相同。
在图3中，激光介质4泵浦光端面一侧镀光学反射膜构成谐振腔反射镜3，省去了图1和图2中的谐振腔反射镜3。它与图1一样将辅助光反射镜7放在谐振腔输出镜6外侧。谐振腔输出镜6外侧的辅助光源8发射辅助光，经谐振腔外的辅助光反射镜7的反射照射到被动调Q开关5的介质上，以控制被动调Q开关5的介质对泵浦光的吸收，漂白被动调Q开关5中介质，改变腔内光的损耗。这种结构可减小整激光器的体积和成本。
在图4中，与图3不同的是被动调Q开关介质5右端面镀光学膜构成谐振腔输出镜6，省去了图1和图2中的谐振腔输出镜6。辅助光反射镜7放在激光介质4右端面外侧，辅助光源8发射辅助光，经激光介质4右端面外侧的辅助光反射镜7照射到被动调Q开关5的介质上，控制被动调Q开关5的介质对振荡光的吸收，漂白被动调Q开关5中介质，改变腔内光的损耗。这种结构可减小激光器的体积和成本。
图5给出了一个将光学耦合单元2省去的实施方案。其它的结构与图1相同。
本发明通过提出多种方案，是要说明无论是谐振腔是何种形式，只要利用辅助光源8控制被动调Q开关5的介质内激光的损耗；当需要关闭被动调Q开关5时，关掉辅助光源8，此时激光谐振腔内损耗比较大，激光介质内的反转粒子数得到积累；而需要打开被动调Q开关5时，则开启辅助光源8，对被动调Q开关5的介质进行照射，降低激光谐振腔内损耗时，激光谐振腔满足激光输出脉冲条件有激光输出。这种通过对辅助光源8的控制实现可控的同步光脉冲输出，为被动调Q二极管泵浦固体激光器的应用带来了新的前景。因为辅助光源8的开与关调制频率很高，只要被动调Q开关5的介质对泵浦光的吸收时间可以很快，主动调Q激光器脉冲输出频率就能多快。

Claims (9)

1.主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，它包括激光二极管泵浦源(1)、激光谐振腔，激光谐振腔内固定有激光介质(4)、被动调Q开关(5)，其特征是：利用辅助光源(8)控制被动调Q开关(5)的介质内激光的损耗；当需要关闭被动调Q开关(5)时，关掉辅助光源(8)，此时激光谐振腔内损耗比较大，激光介质(4)内的反转粒子数得到积累；而需要打开被动调Q开关(5)时，则开启辅助光源(8)，对被动调Q开关(5)的介质进行照射，降低激光谐振腔内损耗时，激光谐振腔满足激光输出脉冲条件有激光输出。
2.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的辅助光源(8)是激光二极管。
3.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的辅助光源(8)的输出光波波长是被动调Q开关(5)的饱和吸收波长。
4.根据权利要求3所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的饱和吸收波长范围与输出激光的波长范围一致。
5.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的激光谐振腔至少包括谐振腔反射镜(3)、激光介质(4)、被动调Q开关(5)、谐振腔输出镜(6)，谐振腔反射镜(3)、激光介质(4)、被动调Q开关(5)、谐振腔输出镜(6)依次沿光轴排例。
6.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的辅助光源(8)是经过谐振腔外侧的辅助光反射镜(7)反射照射到被动调Q开关(5)的介质上。
7.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的辅助光源(8)也可以是经谐振腔内侧的辅助光反射镜(7)反射照射到被动调Q开关(5)的介质上。
8.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的激光介质(4)泵浦光端面一侧，可以镀光学反射膜构成谐振腔反射镜(3)。
9.根据权利要求1所述的主动控制的被动调Q二极管泵浦固体激光器的方法，其特征是：所述的被动调Q开关(5)右端面可以镀光学膜构成谐振腔输出镜(6)。
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