CN101924325B - In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器及其脉冲的输出方法，激光器的光路由依次设置的808nm泵浦源、传能光纤、耦合系统、激光器全反镜、激光增益介质晶体、激光折返镜、In-Band泵浦耦合系统、In-Band泵浦光传能光纤和In-Band泵浦源及激光输出镜构成，由上述的激光器全反镜、激光增益介质晶体、激光折返镜和激光输出镜构成一热敏感腔，所述热敏感腔的热焦距为100mm到400mm之间时，激光器存在稳区，所述热敏感腔的热焦距大于400mm时，激光器存在非稳区。本发明激光器是在激光谐振腔内不插入调制器件的情况下，利用In-band泵浦于普通泵浦方式相结合来对谐振腔的动力学因子1/ft进行强制的调制来得到稳定有序的、稳定的、高能量的、高光束质量的脉冲激光输出。

Description

In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器
技术领域
本发明涉及一种激光技术领域所涉及的一种激光器，尤其涉及一种In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器。
背景技术
LD泵浦调Q脉冲激光器在很多领域得到广泛的应用，尤其在材料加工、非线性频率变换、医疗、军事等方面都具有很好的应用前景。
对于目前来看激光的调Q技术主要分为以下几类：(1)声光调Q技术；(2)电光调Q技术；(3)被动调Q技术；(4)腔倒空技术，其中，前三种称为脉冲反射式调Q技术，腔倒空又称脉冲透射式调Q技术，上述几种调Q技术已经发展的很成熟了，对于声光调Q技术其重复频率已经达到MHz的数量级，而对于电光调Q的重复频率也已经达到kHz的量级。目前很多脉冲商用的激光器大都采用声光和电光调Q形式，对于被动调Q发展的也相对比较成熟，常用的饱和吸收体有Cr4+:YAG，V:YAG，半导体饱和吸收体；而腔倒空技术多用于实验室中，其电路部分较为复杂。上述几种调Q方式都需要在谐振腔内插入声光Q开关、电光Q开关和饱和吸收晶体等，这样会对激光产生损耗，降低了效率，增加了相应的成本，而在《光学谐振腔的图解分析与设计方法》(张光寅著，国防工业出版社出版)一书中提出了一种利用热敏感腔自调Q的理论，其原理是利用谐振腔的动力学因子1/ft随着泵浦脉冲做周期性的变化，这个变化将对谐振腔运行的动力状态产生影响。选择合适的腔参数使1/ft在“U”型曲线的边界处变化即可以引起腔损耗的大幅度周期变化，从而实现调Q的MW级巨脉冲输出，不过这种方法是利用激光器自身脉冲前后的热焦距变化进行调制的，因此此种效果得到的调制效果有限，脉冲稳定度不高，容易形成多脉冲现象。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器。本发明激光器是在激光谐振腔内不插入调制器件的情况下，利用In-band泵浦于普通泵浦方式相结合来对谐振腔的动力学因子1/ft进行强制的调制来得到稳定有序的、稳定的、高能量的、高光束质量的脉冲激光输出。
为了解决上述技术问题，本发明In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器予以实现的技术方案是：该激光器的光路由依次设置的808nm泵浦源、传能光纤、耦合系统、激光器全反镜、激光增益介质晶体、激光折返镜、In-Band泵浦耦合系统(7)、In-Band泵浦光传能光纤和In-Band泵浦源及激光输出镜构成，其特征在于：由上述的激光器全反镜、激光增益介质晶体、激光折返镜和激光输出镜构成一热敏感腔，所述热敏感腔的热焦距为100mm到400mm之间时，激光器存在稳区，所述热敏感腔的热焦距大于400mm时，激光器存在非稳区。
本发明采用上述In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器的脉冲输出方法，其过程如下：
步骤一：由In-Band泵浦源单独工作，该In-Band泵浦源发出的泵浦光经过传能光纤和In-Band泵浦耦合系统对激光增益介质晶体进行抽运，此时，激光增益介质晶体的热焦距大于400mm，使激光谐振腔处于非稳区内，激光不能产生振荡，激光增益介质晶体进行有效的储能；
步骤二：当储能时间达到上能级寿命时，所述808nm泵浦源开始工作，使激光增益介质晶体的热焦距迅速变小，当激光增益介质5的热焦距小于400mm时，整个谐振腔移入稳区内，激光迅速起振，产生MW级巨脉冲输出；
步骤三：脉冲结束后808nm泵浦源停止泵浦，谐振腔又落到非稳区内，激光停止振荡，In-Band泵浦源仍继续工作，为下一次脉冲提供泵浦能量，返回上述步骤二。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：实现在激光谐振腔内不插入调制器件的情况下即可得到稳定有序的、稳定的、高能量的、高光束质量的自调Q脉冲激光输出。
附图说明
图1是本发明In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器的光路图；
图2是图1所示激光器的谐振腔稳区图；
图3是图1所示激光器热焦距与激光腔模半径的关系图；
图4是本发明880nm与808nm泵浦光的时间关系说明。
图中：1——808nm泵浦源    2——传能光纤            3——耦合系统
4——激光器全反镜         5——激光增益介质晶体    6——激光折返镜
7——In-Band泵浦耦合系统  8——In-Band泵浦光传能光纤
9——In-Band泵浦源        10——激光输出镜
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器，其光路由依次设置的808nm泵浦源1、传能光纤2、耦合系统3、激光器全反镜4、激光增益介质晶体5、激光折返镜6、In-Band泵浦耦合系统7、In-Band泵浦光传能光纤8和In-Band泵浦源9及激光输出镜10构成，由上述的激光器全反镜4、激光增益介质晶体5、激光折返镜6和激光输出镜10构成一热敏感腔，所述热敏感腔的热焦距为100mm到400mm之间时，激光器存在稳区，所述热敏感腔的热焦距大于400mm时，激光器存在非稳区。
本发明激光器的一个优选配置方案是：
808nm泵浦源1，其输出功率为30W；
传能光纤2芯径400um，数值孔径为0.22；
耦合系统3由两块平凸镜组成，构成1∶1.5成像系统；
激光器全反镜4为平面镜，镀有1064nm高反膜和808nm增透膜；
激光增益介质晶体5为Nd:YVO4，其规格为3mm×3mm×10mm，掺杂浓度为0.5％，双面镀808nm，880nm和1064nm增透膜；
激光折返镜6为平面镜，镀1064nm高反膜和880nm增透膜；
In-Band泵浦耦合系统7，由两块平凸镜组成，构成1∶1.5成像系统；
In-Band泵浦光传能光纤8其芯径为400um，数值孔径为0.22；
In-Band泵浦源9，其中心波长为879nm，输出功率30W；
激光输出镜10为平凸镜，凸面的曲率半径为300mm，镀1064nm反射率为30％的半反膜。
本发明中所述的谐振腔是平平谐振腔、左凹右平谐振腔、左平右凹谐振腔和左凸右平谐振腔中的任一种谐振腔。
采用上述In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器的脉冲输出方法，其过程如下：首先，由In-Band泵浦源9单独工作，该In-Band泵浦源9发出的泵浦光经过传能光纤8和In-Band泵浦耦合系统7对激光增益介质晶体5进行抽运，此时，激光增益介质晶体5的热焦距大于400mm，如约为600mm时，由图2可以看出激光谐振腔处于非稳区内，激光不能产生振荡，激光增益介质晶体5进行有效的储能；然后，当储能时间达到上能级寿命时后，所述808nm泵浦源1开始工作，使激光增益介质晶体5的热焦距迅速变小，小于400mm，整个谐振腔移入稳区内，激光迅速起振，产生MW级巨脉冲输出；脉冲结束后808nm泵浦源1停止泵浦，谐振腔又落到非稳区内，激光停止振荡，In-Band泵浦源9仍继续工作，为下一次脉冲提供泵浦能量，当初能达到上述的一定程度后808nm泵浦源1又开始工作，重复以上过程。
图2是本发明激光器脉冲输出过程中，热焦距长度与谐振腔长构成的稳区图，图中网纹覆盖部分为稳区，即：当谐振腔的长度取100mm时，在热焦距为100mm到400mm之间存在稳区，与之对应的热焦距与激光腔模半径的关系图如图3所示，当热焦距大于400mm时，整个激光器处于非稳区，激光谐振腔模半径急剧增大，当热焦距小于400mm后谐振腔进入稳定区，此时可以将880nm泵浦光的功率上调，直到激光刚刚出现为止，此时，说明谐振腔已经进入了稳区的边缘，将808nm泵浦源开关按下，并输入TTL信号进行外部调制，选择合适的占空比和电流，图4示出了本发明中激光增益介质晶体5的热焦距在稳区边缘被周期性的调制了，使激光产生调Q输出。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器，其光路由依次设置的808nm泵浦源(1)、传能光纤(2)、耦合系统(3)、激光器全反镜(4)、激光增益介质晶体(5)、激光折返镜(6)、In-Band泵浦耦合系统(7)、In-Band泵浦光传能光纤(8)和In-Band泵浦源(9)及设置在激光折返镜(6)下方的激光输出镜(10)构成，其特征在于：由上述的激光器全反镜(4)、激光增益介质晶体(5)、激光折返镜(6)和激光输出镜(10)构成一热敏感腔，所述热敏感腔在激光增益介质晶体(5)的热焦距为100mm到400mm之间时，激光器存在稳区，所述热敏感腔在激光增益介质晶体(5)的热焦距大于400mm时，激光器存在非稳区。
2.一种如权利要求1所述的In-Band泵浦热敏感腔808nm触发自调Q激光器的脉冲输出方法，其特征在于：
步骤一：由In-Band泵浦源(9)单独工作，该In-Band泵浦源(9)发出的泵浦光经过In-Band泵浦光传能光纤(8)和In-Band泵浦耦合系统(7)对激光增益介质晶体(5)进行泵浦，此时，激光增益介质晶体(5)的热焦距大于400mm，使激光谐振腔处于非稳区内，激光不能产生振荡，激光增益介质晶体(5)进行有效的储能；
步骤二：当储能时间达到上能级寿命后，所述808nm泵浦源(1)开始工作，使激光增益介质晶体(5)的热焦距迅速变小，当激光增益介质晶体(5)的热焦距小于400mm后，整个谐振腔移入稳区内，激光迅速起振，产生MW级巨脉冲输出；
步骤三：脉冲结束后808nm泵浦源(1)停止泵浦，谐振腔又落到非稳区内，激光停止振荡，In-Band泵浦源(9)仍继续工作，为下一次脉冲提供泵浦能量，返回上述步骤二。
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