CN102157897B - 一种脉宽可调节的固体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种脉宽可调节的固体激光器，该固体激光器包括依次按顺序共光轴地设置在一条直线上的泵浦源(1)、光束耦合系统(2)、激光晶体(3)、调Q晶体(4)和输出腔片(5)；其中，激光晶体(3)、调Q晶体(4)和输出腔片(5)构成谐振腔，激光晶体(4)是非各向同性晶体，调Q晶体(5)对激光具有偏振吸收的特性，通过转动该调Q晶体(5)的方向实现脉宽可调特性。本发明提供的脉宽可调节的固体激光器，结构简单可靠，体积小，操作方便，成本低廉，实用性强，有利于做出实际的产品。

Description

一种脉宽可调节的固体激光器
技术领域
本发明涉及脉冲激光器技术领域，特别涉及一种通过被动调Q实现脉宽可调节的固体激光器。
背景技术
激光技术正在迅猛的发展，越来越多地应用于各个领域，从军用到民用，从科研到教学，从工业到农业等领域都有越来越多的激光器的身影。在激光器应用越来越广泛的同时，对激光器的性能的多样性，可靠性，工程化，稳定性，操作的方便性都提出了越来越高的要求。
在某些应用场合，需要激光器脉冲式工作，并且要求脉宽能够调节。现有的脉冲激光器大都是单一脉宽的激光器。而目前提出的一些脉宽可调节的方案主要有以下三种，这三种方案都有很大的不足，下面加以说明。
第一种是在激光器谐振腔外通过斩波开关来实现，该调节脉宽的方案具有以下不足：首先，该方案只能实现在原有的激光谐振腔输出脉宽的前提下，向短脉宽斩波而不能向长脉宽方向发展，即脉宽只能变短，不能变长；其次，斩波方法调节脉宽伴随着的是能量的损失。例如，把100ns的激光脉冲输出变为10ns的脉冲输出，就要浪费90％的能量。这部分的能量通过偏振片发射回谐振腔内，会影响整机的稳定；再有，斩波的效果很大程度上依赖于普克尔盒驱动电源，该电源不仅要实现与振荡级输出脉冲的延时同步，而且还要保证上升沿和下降沿的速度足够快，从而很大程度上提高了整机的复杂性，降低了可靠性，并增加了成本。
第二种调节脉宽的方法是由SBS双极相位共轭镜来实现的，如“实用新型专利号：95212767.9，专利名称：脉宽可调谐YAG激光器”中公开的技术方案，但该方案是通过移动SBS池之间的距离来实现脉宽调谐，不利于工程化，并且该方案靠反射回来的放大光从谐振腔内倒空，从而对振荡级和放大级的激光棒和各个光学元件的镀膜水平要求较高，否则容易引起自激；并且该方案靠四分之一波片和偏振棱镜实现激光输出，在大能量或大功率工作时，振荡级和放大级的激光棒退偏会比较严重，从而使放大的光有相当一部分不能被倒出腔外，干扰振荡级，破坏工作脉冲的稳定。
第三种调节脉宽的方法如“发明专利申请号200610087131.3，专利名称：一种能够调节脉宽的激光器”中公布的技术方案。该方案是通过移动全反射镜，改变激光谐振腔长度，从而实现调节脉冲宽度的。由于激光谐振腔对平行度的要求比较高，该方案需要在移台上进行操作，因此，整个系统比较庞大，操作起来也比较繁琐，成本较高，不利于产品化推广。
针对现有技术的不足，本发明提出了一种通过被动调Q实现脉宽可调节的固体激光器。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是克服现有的可调脉宽激光器结构复杂，操作繁琐，成本较高，不利于产品化的缺点，提出了一种结构非常简单，操作方便，成本低，有利于做成实际产品的脉宽可调节的固体激光器。
(二)技术方案
为达到目的，本发明采用的技术方案如下：
一种脉宽可调节的固体激光器，该固体激光器包括依次按顺序共光轴地设置在一条直线上的泵浦源1、光束耦合系统2、激光晶体3、调Q晶体4和输出腔片5；其中，激光晶体3、调Q晶体4和输出腔片5构成谐振腔，激光晶体4是非各向同性晶体，调Q晶体5对激光具有偏振吸收的特性，通过转动该调Q晶体5的方向实现脉宽可调特性。
上述方案中，所述泵浦源1是带有热沉的808nm半导体激光器。
上述方案中，所述光束耦合系统2是一根光纤，或者是由透镜组合成的系统，用于将泵浦源1发出的光耦合射入所述谐振腔中，提高泵浦光的转换效率，降低固体激光器的阈值。
上述方案中，所述激光晶体3的左侧端面镀有1064nm反射膜，作为谐振腔的一个腔片，或者单独用一个平面镜来作为谐振腔的一个腔片。
上述方案中，所述激光晶体3是Nd:GdVO4晶体或Nd:YVO4晶体以及其它发出偏振激光的晶体。
上述方案中，所述激光晶体3发出的激光是线偏振激光或椭圆偏振激光。
上述方案中，所述调Q晶体4是Cr:YAG晶体或掺Cr4+的石榴石晶体，这些晶体对不同方向的偏振光的吸收率不同。
上述方案中，所述输出腔片5是一输出镜。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的脉宽可调节的固体激光器，Nd:GdVO4晶体发出的激光具有椭圆偏振特性，而Cr:YAG晶体对激光具有偏振吸收的特性，对于不同偏振方向的激光具有不同的小信号透过率，从而可通过转动Cr:YAG晶体实现脉宽可调特性。
2、本发明提供的脉宽可调节的固体激光器，结构简单可靠，体积小，操作方便，成本低廉，实用性强，有利于做出实际的产品。
附图说明
图1本发明提供的脉宽可调节的固体激光器的结构示意图；其中，1是带有热沉的、峰值波长为808nm的半导体激光器，2是光束耦合系统，3是端面镀有1064nm高反膜的激光晶体Nd:GdVO4，4是调Q晶体Cr:YAG，5是凹面镀有1064nm部分反射膜的输出腔片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，图1本发明提供的脉宽可调节的固体激光器的结构示意图，该固体激光器包括依次按顺序共光轴地设置在一条直线上的泵浦源1、光束耦合系统2、激光晶体3、调Q晶体4和输出腔片5。其中，激光晶体3、调Q晶体4和输出腔片5构成谐振腔，激光晶体4是非各向同性晶体，调Q晶体5对激光具有偏振吸收的特性，通过转动该调Q晶体5的方向实现脉宽可调特性。
泵浦源1是带有热沉的808nm半导体激光器，光束耦合系统2的作用是将泵浦源发出的光耦合射入谐振腔中，以提高泵浦光的转换效率，降低固体激光器的阈值，其可以是一根简单的光纤，也可以是由透镜组合成的系统。激光晶体3的左侧端面镀有1064nm反射膜，作为谐振腔的一个腔片，也可以单独用一个平面镜来作为腔片。这里所述的激光晶体Nd:GdVO4是四方晶系结构，其发出的光是椭圆偏振光。而作为调Q晶体4的晶体对偏振光有偏振吸收的特性，即对不同方向的偏振光的吸收率不同。这样，对不同偏振方向的光，被动调Q固体激光器的小信号透过率不同，而小信号透过率的改变，也改变了输出激光的脉冲宽度。
在实际做成产品时，将泵浦源1、光束耦合系统2、激光晶体3、调Q晶体4和输出腔片5放在金属结构中，使它们在同一轴线上。泵浦源1、光束耦合系统2、激光晶体3和输出腔片5都固定住，这样，实际产品操作起来就免调试，简单方便。而调Q晶体4设计成可以旋转的结构，这样，就可以实现偏振光在调Q晶体中的方向，从而实现脉宽的可调节。
另外，可以根据应用中需要脉宽调节的范围选择不同的固体激光器结构参数，如选择不同的输出腔片反射率，不同的调Q晶体掺杂，厚度等，都可以形成不同的脉冲宽度调节范围的固体激光器。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种脉宽可调节的固体激光器，该固体激光器包括依次按顺序共光轴地设置在一条直线上的泵浦源(1)、光束耦合系统(2)、激光晶体(3)、调Q晶体(4)和输出腔片(5)；其中，激光晶体(3)、调Q晶体(4)和输出腔片(5)构成谐振腔，激光晶体(3)是非各向同性晶体，调Q晶体(4)对激光具有偏振吸收的特性，通过转动该调Q晶体(4)的方向实现脉宽可调特性。
2.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)是带有热沉的808nm半导体激光器。
3.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述光束耦合系统(2)是一根光纤，或者是由透镜组合成的系统，用于将泵浦源(1)发出的光耦合射入所述谐振腔中，提高泵浦光的转换效率，降低固体激光器的阈值。
4.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述激光晶体(3)的左侧端面镀有1064nm反射膜，作为谐振腔的一个腔片，或者单独用一个平面镜来作为谐振腔的一个腔片。
5.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述激光晶体(3)是Nd:GdVO4晶体或Nd:YVO4晶体。
6.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述激光晶体(3)发出的激光是线偏振激光或椭圆偏振激光。
7.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述调Q晶体(4)是掺Cr4+的石榴石晶体，该晶体对不同方向的偏振光的吸收率不同。
8.根据权利要求7所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述掺Cr4+的石榴石晶体是Cr:YAG晶体。
9.根据权利要求1所述的脉宽可调节的固体激光器，其特征在于，所述输出腔片(5)是一输出镜。
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