CN102354904A - 双脉冲灯泵固体激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种1064nm双脉冲灯泵固体激光器，该激光器包括由单个脉冲氙灯泵浦，电光Q开关，1/4波片、偏振片，单个Nd:YAG激光晶体组成的正支虚共焦非稳腔。其特征在于双脉冲输出由一个电光Q开关实现，通过给电光Q开关可调节的阶梯形高压来调整双脉冲间隔及输出能量。该发明的激光器，重复频率1-50Hz可调，双脉冲间隔5-100us，1064nm单脉冲能量大于100mJ。

Description

双脉冲灯泵固体激光器
技术领域
本发明涉及固体激光器的制备。
背景技术
     20世纪80年代发展起来的粒子图像测速技术(partiele image veloeimetry，PIV)是在流场显示基础上，利用近期发展的计算机图象处理技术对流场显示进行定量化测量，从而实现对流场的瞬态测量，其应用范围涵盖了从低速风洞到超音速流动，从液体流动到气体流动流场的测量。它不仅能显示流场流动的物理形态，而且能够提供瞬时全场流动的定量信息，使流动可视化研究产生从定性到定量的飞跃. PIV系统中关键部件脉冲激光器必须为高脉冲能量，高光束质量的双脉冲输出，以及在微秒量级的较宽的时序控制间隔。目前为了获得高光束质量的巨脉冲激光，一种方法是采用在腔中插入小孔光栏进行选模，但输出效率非常低；另一种方法为变反射率高斯镜VRM（Variable Reflectivity Mirror） 与虚共焦腔非稳定腔激光技术结合在一起，从而实现了较高效率和较好模式的巨脉冲激光输出。Lavision Laser（德国）、Innolas Laser（德国慕尼黑）Quantel laser（法国）等国外激光公司均开发出应用于流场测量的商品化双脉冲激光器。德国Innolas的灯泵浦YAGMaster系列其532nm重复频率为10Hz-50Hz，输出波形为平台型（flat top），双脉冲时序控制范围在1－200微秒之间。法国Quantel公司的twins系列灯泵双脉冲激光器重复频率最高为30Hz，光斑分布都为超高斯分布。国内的时代卓易科技有限公司生产的Turbolite脉冲调Q巨脉冲激光器最高频率30Hz，532nm单脉冲能量30mJ，光斑为VRM分布。国内镭宝光电技术有限公司生产的vlite系列脉冲激光器532nm输出1～15Hz，光斑分布为supermultimode（超多模分布）或VRM分布。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现高脉冲能量、高光束质量的双脉冲输出，以及在微秒量级的较宽的时序控制间隔的激光器。
本发明采用如下技术方案：一种1064nm双脉冲灯泵固体激光器，该激光器包括由单个脉冲氙灯泵浦，电光Q开关，1/4波片、偏振片，单个Nd:YAG激光晶体组成的正支虚共焦非稳腔。其特征在于双脉冲输出由一个电光Q开关实现，通过给电光Q开关可调节的阶梯形高压来调整双脉冲间隔及输出能量。
     在Q开关运转中，以光泵浦的方式将能量存储在放大介质中，同时降低腔内的Q值，阻止了激光振荡的产生。虽然激活介质的储能大，增益高，但腔内损耗也大，故阈值很高，远远超出产生激光的通常阈值，从而抑制了起振，使得激光上能级的反转粒子数大量积累。能量存储的时间即激光跃迁的上能级寿命量级。当突然恢复到高Q值时，储能就以非常短的光脉冲释放出来。由于激活介质的存储能量建立了高增益，所以在极短的时间里释放出巨大的能量，所以产生脉冲的峰值功率比普通长脉冲的峰值功率高几个数量级。在低Q值腔内不可能产生激光。在闪光灯泵浦脉冲的末端，当反转粒子数达到峰值时，谐振腔的Q值被调制到某一高值，腔内在此时开始形成激光振荡，发出一个Q开关脉冲。
本发明的双脉冲激光器采用单灯单棒单泵浦腔输出双脉冲激光器。现结合附图1说明本发明的单泵浦腔双脉冲原理。在本发明中，为了产生双脉冲输出，在闪光灯泵浦脉冲过程中，谐振腔的Q值即被调制到某一较高值，即瞬间半打开Q开关，此时腔内开始形成激光振荡，发出一个Q开关脉冲。然后在第一个泵浦脉冲周期内经过一段可调节时间，再一次完全打开Q开关，此时腔内再一次形成激光振荡，发出第二个Q开关脉冲。通过对电光Q开关的调制高压及打开时间的控制，可以得到1064nm双脉冲输出，脉宽在12ns以内，双脉冲间隔5-150us可调。
    结合附图2描述激光器结构。整个激光器主要由激光增益介质，泵浦源和泵浦腔组成。其中激光增益介质为Nd:YAG晶体。晶体两端面严格平行。泵浦系统包括泵浦源2，泵浦电源3，电光Q开关电路4，其中泵浦源为脉冲氙灯泵浦。谐振腔采用正支虚共焦非稳腔设计。两个腔镜的焦距之差为腔长。
本发明的单灯泵浦双脉冲激光器，重复频率1-50Hz可调，双脉冲间隔5-100us，1064nm单脉冲能量大于100mJ。
附图说明
图1为本激光器工作原理图。第一个图表示泵浦灯过程，第二图表示谐振腔损耗值，第三图表示反转粒子数浓度，第四图表示光子数密度。  
图2为本激光器结构示意图。其中1—激光晶体，2—脉冲氙灯，3—泵浦椭圆腔，4—泵浦电源，5—电光Q开关电路，6—电光Q开关，7—1/4波片，8—偏振片，9—输出镜，10—全反镜。           
具体实施方式
   图2中Nd:YAG棒晶体（1）尺寸为8mm×110mm,Nd3+掺杂浓度1%,端面镀1064nm高透的介质膜。脉冲氙灯（2）作为泵浦源,氙灯尺寸为8mm×110mm,Nd:YAG棒和氙灯置于椭圆柱镜面聚光腔(3)内,循环水冷却。氙灯电源（4）所使用的充放电电容为100μF。Q开关控制电路（5）产生约为3000~4000V可调。电光调Q延迟128us，双脉冲间隔100us,电光Q开关第一个高压3.5KV，第二个高压4KV。全反镜（10）反射率为99.9%1064nm，曲率半径R-1500mm。输出镜（9）透过率50%曲率半径R700mm。在泵浦电压800V，时，获得了1064nm激光双脉冲输出能量最高200mJ，单脉冲输出能量100mJ。

Claims (1)

1.一种1064nm双脉冲灯泵固体激光器，该激光器包括由单个脉冲氙灯泵浦，电光Q开关，1/4波片、偏振片，单个Nd:YAG激光晶体组成的正支虚共焦非稳腔，其特征在于双脉冲输出由一个电光Q开关实现，通过给电光Q开关可调节的阶梯形高压来调整双脉冲间隔及输出能量。
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