CN102684056B - 最佳透过率可调的激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种最佳透过率可调的激光器，包括：第一、第二和第三全反射镜，用于构成激光器的谐振腔；激光增益模块，用于对激光进行放大；第一电光晶体，用于对经过的光的偏振状态行调节，进而调节激光器的输出透过率；第一偏振分光器，设于所述第一电光晶体和第二全反射镜之间的光路上，用于与所述第一电光晶体配合实现对激光器输出透过率的调节；第二电光晶体，设于所述谐振腔的光路上，用于调节谐振腔的损耗；第二偏振分光器，用于与所述第二电光晶体配合实现对谐振腔损耗的调节。本发明实现了对激光器输出透过率的快速调节，并且使激光器始终工作在最佳透过率状态。
Description
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种最佳透过率可调的激光器。
背景技术
激光器的输出透过率对激光器的输出光功率影响很大，如果透过率太高，会导致腔内增益系数的阈值升高，如果介质的双程增益系数不够大，将会导致腔内光强减小，进而使输出功率降低，严重时甚至使腔内不能形成激光(沈柯.激光原理教程[M].北京：北京工业学院出版社，1986，135-138)；当然激光器的输出透过率也不能太小，因为透过率太小，虽然使增益系数的阈值降低，腔内光强增强，但随着腔内光强的增强，腔内损耗也会增大，这使光波在介质中往返一次所增加的光能量中用于损耗的部分增多，并未实现增加输出的预期效果，并且容易烧坏腔内光学元件(W.克希耐尔著.孙文，江泽文译.固体激光工程[M].北京：科学出版社，2002，356-405)；为了使激光器有最大的输出功率，必须使激光器的输出透过率取最佳值。
激光器的最佳输出透过率与激光器的结构、增益介质提供的增益大小、激光器的工作状态及激光器的损耗都有关系，以激光器的工作状态为例，连续出光的最佳输出透过率和调Q以后出光的最佳输出透过率在很多时候有很大差别，尤其是激光单脉冲能量比较大，重复频率比较低时差别更大，仅仅通过理论计算得到的最佳输出透过率往往与实际的情况存在较大的误差(W.Koechner.Solid-State Laser Engineering[M].New York：SpringerScience+Business Media Inc.2006，488-529)。
现有激光器设计和制作技术中，技术人员一般通过实验的方法获得激光器的最佳透过率，具体的办法是在激光器的腔型结构、增益介质的泵浦特性及激光器的工作状态确定的情况下，通过更换不同透过率的输出镜的办法来实现功率最大输出(余本海.输出镜对双棒串接固体激光器输出光束的影响[J].激光技术，2004，28(1)：94-97)。但这种方法既费时又难以准确找到最佳输出透过率的值。
此外，还有采用在腔内加入通过机械旋转调整的1/4波片来调节激光器的输出透过率的方法(樊仲维，崔建丰，裴博.一种透过率可调的激光器：中国专利，ZL200620119283.2[P]，2007-11-27)，但采用这种方法调整时的稳定性要求高，且不能实现快速调节。
在实际应用中，对于不同的应用环境，需要的激光器的输出光功率往往不同，通过衰减或调节激光器的输出透过率可以得到在某一特定值以下光功率可调节的激光，但这时泵浦能量转换为有用的激光能量的效率较低，会有相当一部分能量被浪费掉，在采用仅通过调节激光器输出透过率实现对激光输出功率的调节时，被浪费掉的这些能量会转换为热能，给激光器的散热增加负担，严重时会影响激光器的出光性能，甚至使激光熄灭。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种最佳透过率可调的激光器，实现对激光器输出透过率的快速调节，使激光器输出光功率能够快速变化，并且使激光器始终工作在最佳透过率状态。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种最佳透过率可调的激光器，包括：
第一、第二和第三全反射镜，用于构成激光器的谐振腔；
激光增益模块，设于所述谐振腔的光路上，用于对激光进行放大；
第一电光晶体，设于所述谐振腔的光路上，用于对经过的光的偏振状态进行调节，进而调节激光器的输出透过率；
第一偏振分光器，设于所述第一电光晶体和第二全反射镜之间的光路上，用于与所述第一电光晶体配合实现对激光器输出透过率的调节；
第二电光晶体，设于所述谐振腔的光路上，用于对经过的光的偏振状态进行调节，进而调节谐振腔的损耗；
第二偏振分光器，设于所述第二电光晶体、第三全反射镜以及第一电光晶体之间的光路上，用于与所述第二电光晶体配合实现对谐振腔损耗的调节。
其中，所述第二电光晶体上施加的电压随所述第一电光晶体上施加的电压的变化而对应变化，两个电光晶体工作时相互配合，协调一致，改变所述用于调节激光器的输出透过率的第一电光晶体上的电压，激光器的输出透过率发生变化，这时，所述用于调节激光器损耗的第二电光晶体上的电压随之改变，使得谐振腔的损耗也发生相应的改变，以保证激光器输出透过率变化时，一直处于最佳透过率状态。
优选地，所述第二电光晶体、第二偏振分光器、激光增益模块、第一电光晶体和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射镜和第二全反射镜之间，所述第一偏振分光器的一个反射面朝向所述第一电光晶体和第二全反射镜设置，所述第二偏振分光器的一个反射面朝向所述激光增益模块和第三全反射镜设置。
优选地，所述第二电光晶体、第二偏振分光器、激光增益模块、第一电光晶体和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射镜和第二全反射镜之间，所述第一偏振分光器的一个反射面朝向所述第一电光晶体设置、透射面朝向所述第二全反射镜设置，所述第二偏振分光器的一个反射面朝向所述激光增益模块和第三全反射镜设置。
优选地，经所述第一偏振分光器和第二偏振分光器所述反射面反射的光束的偏振方向相互平行或相互垂直。
优选地，所述第二电光晶体改为设置在所述第三反射镜和第二偏振分光器之间。
优选地，所述激光器还包括设置在所述第三反射镜和第二偏振分光器之间的第三电光晶体，用于与所述第二电光晶体共同调节激光器的损耗。
(三)有益效果
根据本发明最佳透过率可调的激光器，利用通过第一电光晶体快速调节激光器输出透过率的方法，也可以快速确定所设计的激光器的最佳输出透过率，由于采用电压调节，腔内无机械调整的部件，因此，输出透过率调整时对激光器谐振腔的影响大幅度减小，且采用晶体的电光效应进行调节，其相应速度是机械调节无可比拟的，因此可实现对输出透过率的快速调节。
本发明通过设置调节激光器损耗的电光晶体，使得对应着每一个输出光功率值，所需的泵浦光功率都是最小，即激光器始终工作在最佳透过率状态。
附图说明
图1为本发明实施例一激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例二激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例三激光器的结构示意图；
图4为本发明实施例四激光器的结构示意图；
其中，1：第一全反射镜；2：第二电光晶体；3：第二偏振分光器；4：激光增益模块；5：第一电光晶体；6：第一偏振分光器；7：第二全反射镜；8：第三全反射镜；9：第三电光晶体。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明如下。
实施例一：
如图1所示，本实施例记载了一种最佳透过率可调的激光器，包括：
第一全反射镜1、第二全反射镜7和第三全反射镜8，用于构成激光器的谐振腔；
激光增益模块4，设于所述谐振腔的光路上，用于对激光进行放大；
第一电光晶体5，设于所述谐振腔的光路上，用于对经过的光的偏振状态进行调节，进而调节激光器的输出透过率；
第一偏振分光器6，设于所述第一电光晶体5和第二全反射镜7之间的光路上，用于与所述第一电光晶体5配合实现对激光器输出透过率的调节；
第二电光晶体2，设于所述谐振腔的光路上，用于对经过的光的偏振状态进行调节，进而调节谐振腔的损耗；
第二偏振分光器3，设于所述第二电光晶体2、第三全反射镜8以及第一电光晶体5之间的光路上，用于与所述第二电光晶体2配合实现对谐振腔损耗的调节。
由图1可以看出，本实施例中，所述第二电光晶体2、第二偏振分光器3、激光增益模块4、第一电光晶体5和第一偏振分光器6依次分布在所述第一全反射镜1和第二全反射镜7之间，所述第一偏振分光器6的一个反射面朝向所述第一电光晶体5和第二全反射镜7设置，所述第二偏振分光器3的一个反射面朝向所述激光增益模块4和第三全反射镜8设置。
本实施例中，经所述第一偏振分光器6和第二偏振分光器3的所述反射面反射的光束的偏振方向相反。
本实施例中，所述第二电光晶体2上施加的电压随所述第一电光晶体5上施加的电压的变化而对应变化。具体为：所述两个电光晶体工作时相互配合，协调一致，改变所述用于调节激光器的输出透过率的第一电光晶体5上的电压，激光器的输出透过率发生变化，这时，所述用于调节激光器损耗的第二电光晶体2上的电压随之改变，使得谐振腔的损耗也发生相应的改变，以保证激光器输出透过率变化时，一直处于最佳透过率状态。
本实施例的工作原理为：如图1所示，从第二全反射镜7反射的光，其光矢量的振动方向垂直于纸面，经第一偏振分光器6反射后进入第一电光晶体5，第一电光晶体5上加电压后感应的光轴方向在垂直于纸面的平面内，且与纸面的夹角为45°，经第一偏振分光器6反射的光矢量的振动方向垂直于纸面的光向左传播，进入第一电光晶体5后，被分为光矢量的振动方向彼此垂直的两部分，两部分的振幅相等，光矢量的振动方向分别沿着第一电光晶体5感应出的快轴和慢轴方向，由于第一电光晶体5感应出的快轴方向和慢轴方向上的光的折射率不同，因此，经过第一电光晶体5后，沿快轴方向振动的光和沿慢轴方向振动的光会有一个相位差，二者合成后，一般会变为椭圆偏振光，继续向左传播；经激光增益模块4后被放大，再输入第二偏振分光器3，分成光矢量的振动方向平行于纸面和垂直于纸面的两部分，振动方向平行于纸面的部分的光经第二偏振分光器3后反射，再经第三全反射镜8反射后，沿原来的光路返回；振动方向垂直于纸面的光经第二偏振分光器3后透射，继续向左传播，经过第二电光晶体2，所述第二电光晶体2加电压时，感应的光轴也是在与纸面垂直的平面内，且与纸面的夹角为45°，向左传输的垂直于纸面振动的光经第二电光晶体2时，与通过第一电光晶体5时的作用原理一样，一般变为椭圆偏振光，经过第一全反射镜1反射后，向右传播，再经过第二电光晶体2后，依然为椭圆偏振光，只不过椭圆的形状会有所改变，再经过第二偏振分光器3时，垂直于纸面振动的部分通过第二偏振分光器3向右传播，平行于纸面振动的部分经第二偏振分光器3反射出谐振腔。在一定范围内，第二电光晶体2上加的电压越大，反射出谐振腔的光就越大，激光器的损耗越大。经第二偏振分光器3向右传播的透射光和反射光(由第三全反射镜8反射回的)一起经过激光增益介质4，增益放大后，经过第一电光晶体5后，垂直于纸面振动的光和平行于纸面振动的光均变为椭圆偏振光，经第一偏振分光器6后，平行于纸面偏振的光透射输出，垂直于纸面偏振的光被反射至第二全反射镜7，再经所述第二全反射镜7反射会谐振腔。激光器的输出透过率与第一电光晶体5上加的电压有关，通过调节加在第一电光晶体5上的电压，可以实现对激光器输出透过率的调节。
由以上描述可见，第一电光晶体5应当和第二电光晶体2协同工作，即激光器工作时应配合调整两个电光晶体上的电压，使得激光器输出透过率变化时，激光器始终处于最佳输出透过率状态。两个电光晶体加电压时，感应光轴也可以不严格与纸面成45°。
实施例二：
如图2所示，本实施例的结构与实施例一相类似，区别在于，本实施例中所述第一偏振分光器6的一个反射面朝向所述第一电光晶体5设置、透射面朝向所述第二全反射镜7设置。激光经第一偏光分光器6反射输出，而非实施例二中的透射输出。
实施例三：
如图3所示，本实施例的结构与实施例一相类似，区别在于，本实施例中，经所述第一偏振分光器6和第二偏振分光器3的所述反射面反射的光束的偏振方向相同，即第二偏振分光器3的透光方向与第一偏振分光器6的透光方向一致。
实施例四：
如图4所示，本实施例的结构与实施例一相类似，区别在于，本实施例中，所述激光器还包括设置在所述第三反射镜和第二偏振分光器3之间的第三电光晶体9，用于与所述第二电光晶体2共同调节激光器的损耗。
具体的，本实施例中，光路由所述激光增益模块4向第二偏振分光器3传播时，第二偏振分光器3反射和透射光的光路上各有一个电光晶体，两个电光晶体加电压时，对调节腔内损耗均有调节作用，调节效果更好。
本发明的上述实施例记载的最佳透过率可调激光器，可以实现对激光器输出透过率的快速调节，使激光器输出光功率能够快速变化。另外，实施例一至四对应着每一个输出光功率值，所需的泵浦光功率都是最小，即激光器始终工作在最佳透过率状态。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种最佳透过率可调的激光器，其特征在于，包括：
第一、第二和第三全反射镜，用于构成激光器的谐振腔；
激光增益模块，设于所述谐振腔的光路上，用于对激光进行放大；
第一电光晶体，设于所述谐振腔的光路上，用于对经过的光的偏振状态进行调节，进而调节激光器的输出透过率；
第一偏振分光器，设于所述第一电光晶体和第二全反射镜之间的光路上，用于与所述第一电光晶体配合实现对激光器输出透过率的调节；
第二电光晶体，设于所述谐振腔的光路上，用于对经过的光的偏振状态进行调节，进而调节谐振腔的损耗；
第二偏振分光器，设于所述第二电光晶体、第三全反射镜以及第一电光晶体之间的光路上，用于与所述第二电光晶体配合实现对谐振腔损耗的调节；
其中，所述第二电光晶体上施加的电压随所述第一电光晶体上施加的电压的变化而对应变化，两个电光晶体工作时相互配合，协调一致，改变所述用于调节激光器的输出透过率的第一电光晶体上的电压，激光器的输出透过率发生变化，这时，所述用于调节激光器损耗的第二电光晶体上的电压随之改变，使得谐振腔的损耗也发生相应的改变，以保证激光器输出透过率变化时，一直处于最佳透过率状态。
2.如权利要求1所述的最佳透过率可调的激光器，其特征在于，所述第二电光晶体、第二偏振分光器、激光增益模块、第一电光晶体和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射镜和第二全反射镜之间，所述第一偏振分光器的一个反射面朝向所述第一电光晶体和第二全反射镜设置，所述第二偏振分光器的一个反射面朝向所述激光增益模块和第三全反射镜设置。
3.如权利要求1所述的最佳透过率可调的激光器，其特征在于，所述第二电光晶体、第二偏振分光器、激光增益模块、第一电光晶体和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射镜和第二全反射镜之间，所述第一偏振分光器的一个反射面朝向所述第一电光晶体设置、透射面朝向所述第二全反射镜设置，所述第二偏振分光器的一个反射面朝向所述激光增益模块和第三全反射镜设置。
4.如权利要求2或3所述的最佳透过率可调的激光器，其特征在于，经所述第一偏振分光器和第二偏振分光器所述反射面反射的光束的偏振方向相互平行或相互垂直。
5.如权利要求2或3所述的最佳透过率可调的激光器，其特征在于，所述第二电光晶体改为设置在所述第三反射镜和第二偏振分光器之间。
6.如权利要求2或3所述的最佳透过率可调的激光器，其特征在于，还包括设置在所述第三反射镜和第二偏振分光器之间的第三电光晶体，用于与所述第二电光晶体共同调节激光器的损耗。
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