CN104466654A - 脉冲泵浦被动调q输出单脉冲的激光器 - Google Patents
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Abstract
一种脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，包括：一脉冲泵浦源；一激光谐振腔，其是由前腔镜和后腔镜组成，其位于脉冲泵浦源的输出光路上；一被动调Q元件，其位于激光谐振腔内，位于脉冲泵浦源的输出光路上；该激光谐振腔的前腔镜和被动调Q元件之间包括一激光工作介质，该激光工作介质，是脉冲泵浦源的增益介质；一光电传感器，其位于激光谐振腔的后腔镜之后，位于脉冲泵浦源的输出光路上；一控制器，该控制器的输入端与光电传感器输出端连接，该控制器的输出端与脉冲泵浦源输入端连接，该控制器控制脉冲泵浦源的开关工作状态。本发明具有可靠性高的优点，可产生被动调Q单脉冲。
Description
技术领域
本发明涉及一种被动调Q激光器，特别是脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器。
背景技术
被动调Q固体激光器，主要由脉冲泵浦源、激光工作介质和被动调Q元件组成。脉冲泵浦源发射泵浦光，通过端面泵浦或侧面泵浦的泵浦耦合系统照射激光工作介质。激光工作介质将泵浦光能量转化为激光能量。被动调Q元件控制激光工作介质内能量的储存和释放，以产生激光脉冲。
被动调Q元件的基本工作原理是通过可饱和吸收来实现谐振腔腔内损耗大小的变化。当被动调Q元件未饱和时，其吸收系数比较大，因此腔内损耗比较大，不会产生激光振荡。而泵浦光的作用下激光工作介质内上能级粒子数积累，实现能量的储存。当被动调Q元件饱和时，其吸收系数较小，因此腔内损耗比较小，激光振荡快速地产生，激光工作介质中储存的能量迅速释放，形成激光脉冲。
主动调Q固体激光器与被动调Q固体激光器的区别在于，采用损耗可由外部信号控制的主动调Q元件，电光Q开关、声光Q开关。主动调Q元件的损耗可由外部信号控制，一定程度上便于调节。
《用于Q开关固体激光器中的首个脉冲优化的方法以及Q开关固体激光器》(专利申请公布号CN101897087A)提出用特定的信号控制主动调Q元件的损耗，以调节脉冲特性的方法。而本专利用于被动调Q，并且通过关断和打开泵浦电流进行控制，而不是通过调制调Q元件的损耗。
与主动调Q相比，被动调Q结构通常更加简单，更易于实现设备的小型化。但是被动调Q元件的激光脉冲输出通常不能由控制电路进行主动控制，难免在一个泵浦周期中产生多个脉冲组成的脉冲串，进而影响脉冲峰值功率。
这限制了被动调Q泵浦的固体激光器在需要主动控制脉冲输出的场合的应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，具有可靠性高的优点，可产生被动调Q单脉冲。
本发明提供1、一种脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，包括：
一脉冲泵浦源；
一激光谐振腔，其是由前腔镜和后腔镜组成，其位于脉冲泵浦源的输出光路上；
一被动调Q元件，其位于激光谐振腔内，位于脉冲泵浦源的输出光路上；该激光谐振腔的前腔镜和被动调Q元件之间包括一激光工作介质，该激光工作介质，是脉冲泵浦源的增益介质；
一光电传感器，其位于激光谐振腔的后腔镜之后，位于脉冲泵浦源的输出光路上；
一控制器，该控制器的输入端与光电传感器输出端连接，该控制器的输出端与脉冲泵浦源输入端连接，该控制器控制脉冲泵浦源的开关工作状态。
本发明的有益效果是，采用本发明的被动调Q激光器，其调Q过程可以通过泵浦电流的打开和关断来主动进行控制。通过本发明的方法可确保一个泵浦周期中只产生单个被动调Q脉冲，避免产生后续的脉冲串，从而实现更高的峰值功率。
附图说明
为进一步说明本发明的技术内容，以下面结合实施例及附图对本发明做进一步说明，其中：
图1是本发明结构示意图；
图2是常规被动调Q的泵浦电流和输出光强波形图；
图3是采用本发明的被动调Q的泵浦电流和输出光强波形图。
具体实施方式
请参阅图1所示，本发明提供一种脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，包括：
一脉冲泵浦源1，发出激光，所述的脉冲泵浦源1是半导体激光器或者闪光灯。
一激光谐振腔2，其是由前腔镜和后腔镜组成，其位于脉冲泵浦源1的输出光路上；前腔镜和后腔镜之间至少包含(后叙的)激光工作介质3和被动调Q元件4，激光谐振腔2腔型可以为平凹腔(即第一个腔面为平面镜，第二个腔面为凹面镜)、平平腔(即两个腔面都为平面镜)、平凸腔(即第一个腔面为平面镜，第二个腔面为凸面镜)、凹凹腔(即两个腔面都为凹面镜)、凹平腔(即第一个腔面为凹面镜，第二个腔面为平面镜)、凹凸腔(即第一个腔面为凹面镜，第二个腔面为凸面镜)、凸凹腔(即第一个腔面为凸面镜，第二个腔面为凹面镜)、凸平腔(即第一个腔面为凸面镜，第二个腔面为平面镜)、凸凸镜(即两个腔面都为凸面镜)，也可以是其它腔型。
一激光工作介质3，激光器的增益介质，所述的激光工作介质3的材料是Nd：YAG、Yb：YAG、Er：YAG、Cr：YAG、Nd：glass、Yb：glass、Er：glass或Ti：sapphire；
一被动调Q元件4，其位于激光谐振腔2内，位于脉冲泵浦源1的输出光路上；该激光谐振腔2的前腔镜和被动调Q元件4之间包括一激光工作介质3；被动调Q元件控制激光工作介质内能量的储存和释放，以产生激光脉冲，所述的被动调Q元件4是可饱和吸收体，材料是Cr4+：YAG、Co：Spinel、V：YAG或半导体可饱和吸收体镜，所述的被动调Q元件4产生的调Q激光脉冲脉宽在0.01ns-1ms之间；
一光电传感器5，其位于激光谐振腔2的后腔镜之后，位于脉冲泵浦源1的输出光路上；探测激光谐振腔2发出的激光，所述的光电传感器5是PIN光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、光电晶体管、条纹管、场效应管、光敏电阻或电荷耦合设备。
一控制器6，该控制器6的输入端与光电传感器5输出端连接，该控制器6的输出端与脉冲泵浦源1输入端连接，该控制器6控制脉冲泵浦源1的开关工作状态。
其中在脉冲泵浦源1和激光谐振腔2之间还有一耦合装置7，该耦合装置7为耦合光纤或耦合透镜组。
所述的激光谐振腔2由以下方式实现：
1、由腔镜对构成，腔镜的材料是硅酸盐玻璃，如石英玻璃、硼硅酸盐玻璃、钠钙玻璃，或是其它种类的玻璃或者其它材料；
2、由激光工作介质3上和被动调Q元件4上的镀膜充当腔镜来构成；
3.由其它元件，如半导体可饱和吸收体镜(SESAM)充当腔镜来构成。
工作方式：
请参阅图1，本发明对被动调Q的过程进行控制，可使得被动调Q过程每个周期仅输出单脉冲。结合参阅图1，本发明的工作过程为：：
1.泵浦控制器6打开脉冲泵浦源1，脉冲泵浦源1开始工作，发射泵浦光经过激光谐振腔2，注入激光工作介质3。
2.被动调Q元件4由于没有饱和，其吸收系数较大，因此激光谐振腔2内损耗比较大，不会产生激光振荡。在泵浦光的作用下，激光工作介3内上能级粒子数增加，从而激光工作介质3储存的能量不断积累。
3.被动调Q元件4饱和，其吸收系数较小，因此激光谐振腔2内损耗比较小，激光振荡快速地产生，激光工作介质3中储存的能量迅速释放，形成激光脉冲。
4.光电传感器5探测到激光脉冲，将信号传递给泵浦控制器6。泵浦控制器6收到信号后将脉冲泵浦源1关断。
5.脉冲泵浦源1停止发射泵浦光。激光工作介质3中储存的能量不会再积累，从而不会形成调Q激光脉冲。避免后续脉冲串的形成。
6.泵浦控制器6等待一段时间后将泵浦源1打开，返回步骤1。
参见图1，脉冲泵浦源1采用光纤耦合的二极管激光器，泵浦波长为808nm。耦合装置7为成像透镜组。激光工作介质3为0.5％掺杂的Nd：LuVO4晶体3，激光振荡波长为1064nm。Nd：LuVO4晶体左端面镀对1064nm高反，对808nm增透的镀膜，右端面镀对1064nm增透的镀膜。被动调Q元件4采用Cr：YAG晶体。Nd：LuVO4晶体的左端面的镀膜作为激光谐振腔2的一个腔镜，激光谐振腔2的另一个腔镜为20％透过，80％反射的输出镜。光电传感器采用InGaAs探测器。
脉冲泵浦源1发出的泵浦光通过耦合装置7成像透镜组对Nd：LuVO4晶体3进行泵浦。Cr：YAG晶体4未饱和时，其吸收系数较大，腔内损耗也较大，不会产生激光振荡。因此泵浦光的能量转化为Nd：LuVO4晶体3中的反转粒子数而被储存。当半导体可饱和吸收镜4饱和时，其吸收系数较小，腔内损耗也较小，激光振荡快速地产生，形成激光脉冲。光电传感器5探测到激光脉冲，并将信号传递给泵浦控制器6。泵浦控制器6将泵浦电流关断。
图2给出常规情况下，被动调Q的泵浦电流和输出光强波形图。常规被动调Q技术每个周期难免产生脉冲串。
图3给出采用本发明的工作方式，被动调Q输出单脉冲的泵浦电流和输出光强波形图。本发明的工作方式控制脉冲泵浦，使得被动调Q过程，每个周期仅输出单脉冲。
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，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 (7)
1.一种脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，包括：
一脉冲泵浦源；
一激光谐振腔，其是由前腔镜和后腔镜组成，其位于脉冲泵浦源的输出光路上；
一被动调Q元件，其位于激光谐振腔内，位于脉冲泵浦源的输出光路上；该激光谐振腔的前腔镜和被动调Q元件之间包括一激光工作介质，该激光工作介质，是脉冲泵浦源的增益介质；
一光电传感器，其位于激光谐振腔的后腔镜之后，位于脉冲泵浦源的输出光路上；
一控制器，该控制器的输入端与光电传感器输出端连接，该控制器的输出端与脉冲泵浦源输入端连接，该控制器控制脉冲泵浦源的开关工作状态。
2.根据权利要求1所述的脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，其中在脉冲泵浦源和激光谐振腔之间还有一耦合装置，该耦合装置为耦合光纤或耦合透镜组。
3.根据权利要求1所述的脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，其中所述的脉冲泵浦源是半导体激光器或者闪光灯。
4.根据权利要求1所述的脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，其中所述的激光工作介质的材料是Nd：YAG、Yb：YAG、Er：YAG、Cr：YAG、Nd：glass、Yb：glass、Er：glass或Ti：sapphire。
5.根据权利要求1所述的脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，其中所述的被动调Q元件是可饱和吸收体，材料是Cr4+：YAG、Co：Spinel、V：YAG或半导体可饱和吸收体镜。
6.根据权利要求1所述的脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，其中所述的光电传感器是PIN光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管、光电晶体管、条纹管、场效应管、光敏电阻或电荷耦合设备。
7.根据权利要求1所述的脉冲泵浦被动调Q输出单脉冲的激光器，其中所述的被动调Q元件4产生的调Q激光脉冲脉宽在0.01ns-1ms之间。
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