CN103811989B - 用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光q开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，包括外封装置、声光晶体、电声换能器、第一准直器和第二准直器，沿光线传播方向依次设有第一准直器、声光晶体和第二准直器，声光晶体设于外封装置内，电声换能器贴附于声光晶体上，两个准直器上设有透镜的一端均嵌于外封装置内，准直器与水平面的夹角α均为3.5～5.5°，光纤头的端头磨有9～15°的斜平面。与传统技术相比，本发明通过增透膜可减小其插入损耗；光纤头设置斜面可减小声光Q开关的回波损耗；准直器与水平面形成夹角可使入射光在声光晶体内发生布喇格衍射并得到所需的±1级衍射光；设置增带宽膜可以起到增加脉冲宽度的同时抑制了参杂光纤中的非线性效应。
Description
技术领域
本发明涉及一种声光Q开关，尤其是一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，属于高端激光领域。
背景技术
随着激光技术的不断发展，可调Q的光纤激光器具有成本低、效率高和波长可以调谐等优点而备受市场认可，可以说调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破。其工作原理是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高几个数量级的一种技术。调Q技术的目的就是压缩脉冲宽度，提高峰值功率。它通过某种方法使腔的Q值随时间按一定程序变化的技术。在泵浦开始时使腔处在低Q值状态，即提高振荡阈值，使振荡不能生成，上能级的反转粒子数就可以大量积累，当积累到最大值（饱和值）时，突然使腔的损耗减小，Q值突增，激光振荡迅速建立起来，在极短的时间内上能级的反转粒子数被消耗，转变为腔内的光能量，在腔的输出端以单一脉冲形式将能量释放出来，于是就获得峰值功率很高的巨脉冲激光输出。
声光Q开关是在激光腔内起调Q作用的功能元件，是作为一种受控的可变损耗而插入的。通过激光调Q能使连续激光功率输出转化为具有高峰值功率的激光脉冲输出，从而在激光测距、通讯、机件精细加工及医疗设备等领域获得广泛应用。它具有体积小，工作电压低、响应速度快，重复频率高、插损低、易控制、全固化，工作稳定等特点。因此声光Q开关被广泛用于激光打标机、划片机、雕刻机、切割机等各种激光加工设备中，并有着广阔的市场前景。
虽然现阶段的可调Q的光纤激光器可以实现全光纤化，但是现在声光Q开关还不能对非线性效应起到很好的抑制作用，所述的非线性效应是参杂光纤中的泵浦光与声子间的相互作用的结果，在使用窄谱线宽度光源的强度调制系统中，一旦信号光功率超过受激布里渊散射（SBS）的门限时，将有很强的前向的传输信号光转化为后向传输，随着前向传输功率的饱和，后向散射功率将急剧增加，将会严重影响系统的工作性能。因此，在声光Q开关中随着激光器的功率增大非线性效应会越来越明显。同时其插入损耗较大，严重地抑制了激光器向大功率方向的发展。再加上现阶段所使用的调Q开关的结构不合理，其插入损耗和回波损耗较大，严重影响激光器的整体性能；除此之外，一些零部件容易脱落，使用寿命较短，因此研发一种可以有效抑制非线性效应、插入损耗和回波损耗低以及使用寿命较长的大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，它可以有效地抑制参杂光纤中的非线性效应，而且具有插入损耗和回波损耗较低、使用寿命较长的优点，满足激光器向大功率方向发展对声光Q开关的性能要求。
本发明的技术方案：一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，包括外封装置、声光晶体、电声换能器、第一准直器和第二准直器，沿光线传播方向依次设有第一准直器、声光晶体和第二准直器，声光晶体设于外封装置的空腔内，电声换能器贴附于声光晶体的非光线进出的端面上，电声换能器上设有射频发生器，在射频发生器和电声换能器共同作用下，产生一定频率的超声波，超声波在声光晶体中产生光栅，使激光发生衍射，通过控制超声波来产生脉冲激光。第一准直器和第二准直器上设有透镜的一端均嵌于外封装置内，第一准直器和第二准直器与水平面的夹角α均为3.5°～5.5°，该角度范围可以实现布喇格衍射并将入射光转变为0级和±1级衍射光，而且得到所需要的的±1级衍射光，在电声换能器的作用下，产生大功率的激光脉冲；第一准直器和第二准直器上的光纤头的端头均磨有9°～15°的斜平面，该角度范围的斜平面可以降低Q开关的插入损耗和回波损耗，并且降低了反射光对整体光路的影响。所述的透镜可选用C型透镜或G型透镜。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，第一准直器和第二准直器与外封装置的端面焊接在一起。用焊接方式代替传统的胶粘的方式连接，改善了声光Q开关的结构稳定性，提高了声光Q开关的使用寿命。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，声光晶体的进出光的端面上均镀有增透膜，根据不同波长的激光镀上不同的增透膜，增透膜可以减小声光Q开关的插入损耗，声光晶体的出光端面的增透膜上还镀有增带宽膜。增带宽膜在起到增加带宽的同时有效地抑制了非线性效应。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，第一准直器和第二准直器上的透镜和光纤头的斜平面上均设有增透膜。增透膜可以减小声光Q开关的插入损耗。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，第一准直器和第二准直器与水平面的夹角α为4.6°，第一准直器和第二准直器上的光纤头的端头均磨有11°的斜平面。该角度的组合是该发明的优选值。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，第一准直器和第二准直器与水平面的夹角α为4.6°，第一准直器和第二准直器上的光纤头的端头均磨有10°的斜平面。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，第一准直器和第二准直器与水平面的夹角α为4.6°，第一准直器和第二准直器上的光纤头的端头均磨有12°的斜平面。
前述的这种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关中，声光晶体的材料为二氧化碲，电声转换器的材料为铌酸锂。
与传统技术相比，本发明通过在准直器上的光纤头的斜面上、透镜和声光晶体的出、入光端面上镀有增透膜，这些增透膜可以极大程度地减小光纤耦合声光Q开关的插入损耗；准直器与水平面形成一定夹角可以使入射光在电声换能器的作用下在声光晶体内发生布喇格衍射并得到所需的±1级衍射光；在准直器上的光纤头设置合理的斜面，达到了减小了声光Q开关的回波损耗的目的；在声光晶体的出光端面上的增透膜上设置增带宽膜，在增加了脉冲宽度的同时，有效的抑制了参杂光纤中的非线性效应；将准直器与外封装置焊接在一起，改善了光纤耦合声光Q开关的结构的稳定性，达到了增长其使用寿命的目的。
所述的大功率是指功率范围在50～100瓦。
附图说明
图1是光纤耦合声光Q开关的结构示意图一；
图2是光纤耦合声光Q开关的结构示意图二。
附图中的标记为：1-外封装置，2-声光晶体，3-电声换能器，4-第一准直器，5-第二准直器，6-光纤头，7-增透膜，8-增带宽膜，9-透镜，10-射频发生器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
本发明的实施例1：一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，包括外封装置1、声光晶体2、电声换能器3、第一准直器4和第二准直器5，沿光线传播方向依次设有第一准直器4、声光晶体2和第二准直器5，声光晶体2设于外封装置1的空腔内，电声换能器3贴附于声光晶体2的非光线进出的端面上，电声换能器3上设有射频发生器10，第一准直器4和第二准直器5上设有透镜9的一端均嵌于外封装置1内，第一准直器4和第二准直器5与水平面的夹角α均为4.6°，第一准直器4和第二准直器5上的光纤头6的端头均磨有11°的斜平面。第一准直器4和第二准直器5与外封装置1的端面焊接在一起。声光晶体2的进出光的端面上均镀有增透膜7，声光晶体2的出光端面的增透膜7上还镀有增带宽膜8。第一准直器4和第二准直器5上的透镜9和光纤头6的斜平面上均设有增透膜。声光晶体的材料为二氧化碲，电声转换器的材料为铌酸锂。如图1所示，第一准直器4和第二准直器5上的透镜9为C型透镜。
本发明的实施例2：一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，包括外封装置1、声光晶体2、电声换能器3、第一准直器4和第二准直器5，沿光线传播方向依次设有第一准直器4、声光晶体2和第二准直器5，声光晶体2设于外封装置1的空腔内，电声换能器3贴附于声光晶体2的非光线进出的端面上，电声换能器3上设有射频发生器10，第一准直器4和第二准直器5上设有透镜9的一端均嵌于外封装置1内，第一准直器4和第二准直器5与水平面的夹角α均为4.6°，第一准直器4和第二准直器5上的光纤头6的端头均磨有10°的斜平面。第一准直器4和第二准直器5与外封装置1的端面焊接在一起。声光晶体2的进出光的端面上均镀有增透膜7，声光晶体2的出光端面的增透膜7上还镀有增带宽膜8。第一准直器4和第二准直器5上的透镜9和光纤头6的斜平面上均设有增透膜。声光晶体的材料为二氧化碲，电声转换器的材料为铌酸锂。如图2所示，第一准直器4和第二准直器5上的透镜9为G型透镜。
本发明的实施例3：一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，包括外封装置1、声光晶体2、电声换能器3、第一准直器4和第二准直器5，沿光线传播方向依次设有第一准直器4、声光晶体2和第二准直器5，声光晶体2设于外封装置1的空腔内，电声换能器3贴附于声光晶体2的非光线进出的端面上，电声换能器3上设有射频发生器10，第一准直器4和第二准直器5上设有透镜9的一端均嵌于外封装置1内，第一准直器4和第二准直器5与水平面的夹角α均为4.6°，第一准直器4和第二准直器5上的光纤头6的端头均磨有12°的斜平面。第一准直器4和第二准直器5与外封装置1的端面焊接在一起。声光晶体2的进出光的端面上均镀有增透膜7，声光晶体2的出光端面的增透膜7上还镀有增带宽膜8。第一准直器4和第二准直器5上的透镜9和光纤头6的斜平面上均设有增透膜。
本发明的工作原理：将该光纤耦合声光Q开关插入到大功率脉冲光纤激光器中，当该大功率脉冲光纤激光器工作时，光线从第一准直器4的光纤头6中进入光纤耦合声光Q开关内，电声换能器3产生的超声波使进入声光晶体2的入射光发生布喇格衍射并得到所需的±1级衍射光，通过控制电声换能器3的开闭来产生高功率的脉冲激光。其中在光纤耦合声光Q开关的第一准直器4、第二准直器5和声光晶体2上镀的增透膜7减小了光纤耦合声光Q开关的插入损耗，声光晶体2上的增带宽膜8起到增加了脉冲宽度的同时有效的抑制了光线中的非线性效应。
Claims (4)
1.一种用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，其特征在于：包括外封装置（1）、声光晶体（2）、电声换能器（3）、第一准直器（4）和第二准直器（5），沿光线传播方向依次设有第一准直器（4）、声光晶体（2）和第二准直器（5），声光晶体（2）设于外封装置（1）的空腔内，电声换能器（3）贴附于声光晶体（2）的非光线进出的端面上，电声换能器（3）上设有射频发生器（10），第一准直器（4）和第二准直器（5）上设有透镜（9）的一端均嵌于外封装置（1）内，第一准直器（4）和第二准直器（5）与水平面的夹角α均为3.5°、4.6°或5.5°，第一准直器（4）和第二准直器（5）上的光纤头（6）的端头均磨有11°的斜平面，第一准直器（4）和第二准直器（5）与外封装置（1）的端面焊接在一起。
2.根据权利要求1所述的用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，其特征在于：声光晶体（2）的进出光的端面上均镀有增透膜（7），声光晶体（2）的出光端面的增透膜（7）上还镀有增带宽膜（8）。
3.根据权利要求1所述的用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，其特征在于：第一准直器（4）和第二准直器（5）上的透镜（9）和光纤头（6）的斜平面上均设有增透膜。
4.根据权利要求1所述的用于大功率脉冲光纤激光器的光纤耦合声光Q开关，其特征在于：声光晶体的材料为二氧化碲，电声转换器的材料为铌酸锂。
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