CN104617474A

CN104617474A - 一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔

Info

Publication number: CN104617474A
Application number: CN201310541046.XA
Authority: CN
Inventors: 王元虎; 多丽萍; 金玉奇; 唐书凯; 李留成; 李国富; 于海军; 汪健; 曹靖; 康元福
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-13

Abstract

本发明涉及一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，该谐振腔采用折叠腔结构，沿输出激光的前进方向依次同轴设置有可旋转的第一平面反射镜、第二声光调制器、第一声光调制器、凹透镜、凸透镜、偏振片、第二平面反射镜、第三平面反射镜、氟化氢增益介质区和平凹输出镜。本发明激光谐振腔利用第二声光调制器中声光介质对不同波长激光的衍射角度不同，联合旋转反射镜扫描实现激光器的选线输出；使用第一声光调制器对激光器进行调Q，实现激光器的脉冲输出。这种谐振腔具有功耗低、脉冲稳定性和可靠性好等优点，能够实现气流氟化氢激光器高重复频率、高峰值功率的选线输出，可应用于激光对抗、激光探测等领域。

Description

一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔

技术领域

本发明属于化学激光器件领域，具体涉及一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔。

背景技术

气流氟化氢激光器具有高功率、高效率、优良的光束质量、工程可放大性好等特点，在激光物理、激光化学、材料加工、激光对抗等领域具有十分广阔和重要的应用。目前存在的气流氟化氢激光器通常是连续波运行，如果激光器能在平均功率损耗较小的情况下以高重频、高峰值功率运行，这种激光器的应用范围将被大大拓宽。目前实现重复频率氟化氢激光器脉冲运转的方法主要集中在采用脉冲放电引发脉冲激光、腔内转镜调Q以及增益调制来实现激光器的脉冲运转。在这些激光器中，由于受制于电源、电机性能的限制，或是增益介质有效空间分布及均匀性的限制，难以实现高重复频率、稳定的脉冲激光输出。此外，气流氟化氢激光器大都是多谱线运转，而在实际工作中往往要求激光器以所需的波长单线运转，在这种情况下，实现激光器的选线输出十分重要。由此，如何采用更为有效的方法，实现气流氟化氢激光器的高重频、高峰值功率、选线的脉冲激光输出具有重要的实用价值。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔。该谐振腔采用声光调Q的方法实现气流氟化氢激光器的脉冲输出，利用声光调制器中声光介质对不同波长激光的衍射角度不同，联合旋转反射镜扫描实现激光器的选线输出。其具有功耗低、脉冲稳定性和可靠性好，能够选线激光输出，并且可以实现高重复频率、高峰值功率的脉冲激光输出等优点。

为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：

一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，所述的谐振腔为折叠腔，所述谐振腔包括：氟化氢增益介质区，用于产生受激辐射光；偏振片，用于将氟化氢增益介质区产生的辐射光变为线偏振光；凸透镜和凹透镜，用于将偏振片输出的线偏振光缩束；第二声光调制器，用于控制由凹透镜输出的线偏振光是否形成振荡；第一声光调制器，用于将入射的不同波长的线偏振光按不同的衍射角度分开；第一平面反射镜，用于将第二声光调制器输出的，所需波长的线偏振光沿原路反射回至氟化氢增益介质区；第二平面反射镜，用于将第一平面反射镜沿原路反射回氟化氢增益介质区的放大光反射至第三平面反射镜；第三平面反射镜，用于将第二平面反射镜输出的放大光反射至平凹输出镜；平凹输出镜，用于将第二平面反射镜反射的光耦合输出。

本发明谐振腔的工作过程如下：氟化氢增益介质区内的反应介质发生化学反应后在谐振腔内产生受激辐射光。第二声光调制器的第二驱动器被置于打开状态，此时高频电信号通过换能器变为超声信号，超声波作用于声光晶体，由于光弹效应，使声光介质的折射率产生变化，形成等效的体相位光栅，通过声光调制器的辐射光以不同的角度发生衍射，所需波长的光被旋转反射镜沿原路反射回至谐振腔内，而其它波长的光溢出谐振腔外，从而实现选线激光的振荡。第一声光调制器的第一驱动器被施加周期性的调制信号，当第一驱动器打开时，激光通过声光介质时会产生衍射而溢出腔外，此时谐振腔处于低Q值状态，无法形成激光振荡，形成大量反转粒子数。当突然关闭第一驱动器，谐振腔处于高Q值状态，反转粒子数瞬间跃迁至下能级，从而形成脉冲，实现激光器的高重频脉冲输出。

本发明的上述任一技术方案，所述的谐振腔为折叠腔，偏振片和第二平面反射镜之间的光路，第二平面反射镜和第三平面反射镜之间的光路以及第三平面反射镜和平凹输出镜之间的光路上均穿过氟化氢增益介质区。

本发明的上述任一技术方案，所述的第一声光调制器和第二声光调制器同光轴设置，第一声光调制器和第二声光调制器的方向相反。

本发明的上述任一技术方案，所述的第一声光调制器和第二声光调制器的声光介质均为TeO₂晶体，声光介质前后两个表面均镀有增透膜。

本发明的上述任一技术方案，所述的第一声光调制器由第一驱动器控制，采用外加方波信号调制；所述的第二声光调制器由第二驱动器控制，采用外加直流电平信号控制。

本发明的上述任一技术方案，所述的第一平面反射镜放置在电动旋转台上，电动旋转台由电动转台驱动器控制旋转。

本发明具有以下特点：

1、谐振腔利用声光调制器对不同波长激光的衍射角度不同，采用旋转反射镜对所需谱线进行反射，实现气流化学激光的选线输出，方法简单，易于调节。

2、谐振腔采用声光调Q的方法实现脉冲激光输出，功耗小、稳定性和可靠性好、易与连续激光器配合，有利于获得较高重复频率、高峰值功率的激光输出。

3、谐振腔内采用两个同光轴但方向相反的声光调制器进行激光器的选线和脉冲化，可以消除声光调制时对激光产生的频移，从而提高激光器的工作效率。

附图说明

图1为本发明一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔的结构示意图。

其中，1-氟化氢增益介质区；2-偏振片；3-凸透镜；4-凹透镜；5-第一声光调制器；6-第二声光调制器；7-第一平面反射镜；8-第二平面反射镜；9-第三平面反射镜；10-平凹输出镜；11-电动旋转台；12-第一驱动器；13-第二驱动器。

具体实施方式

本发明中所述使用的声光调制器为英国古奇公司生产的MQS027-7C2B41-S5-HGM-25W型声光调制器，驱动器型号为MQC027-25DC-FPS-15V；电动旋转转台为北京卓立汉光公司生产的RAK-100型旋转台，控制器型号为SC300-3B。

如附图1所示，一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔的结构包括：氟化氢增益介质区1，用于产生受激辐射光；偏振片2，用于将氟化氢增益介质区1产生的辐射光变为线偏振光；凸透镜3和凹透镜4，用于将偏振片2输出的线偏振光缩束；第一声光调制器5，用于控制由凹透镜4输出的线偏振光是否形成振荡；第二声光调制器6，用于将入射的不同波长的线偏振光按不同的衍射角度分开；第一平面反射镜7，用于将第二声光调制器6输出的，所需波长的线偏振光沿原路反射回至氟化氢增益介质区1；第二平面反射镜8，用于将第一平面反射镜7沿原路反射回氟化氢增益介质区1的放大光反射至第三平面反射镜9；第三平面反射镜9，用于将第二平面反射镜8输出的光反射至平凹输出镜10；平凹输出镜10，用于将第二平面反射镜9反射的光耦合输出。

所述的谐振腔为折叠腔，偏振片2和第二平面反射镜8之间的光路、第二平面反射镜8和第三平面反射镜9之间的光路以及第三平面反射镜9和平凹输出镜10之间的光路上均穿过氟化氢增益介质区1。

当气流氟化氢激光器工作时，反应物产生化学反应生成激发态的粒子，这些激发态粒子由于超音速气流形成了氟化氢增益介质区1，氟化氢增益介质区1内产生的是波长范围较宽的受激辐射光。产生的辐射光经过偏振片2后变为线偏振光，经过凸透镜3和凹透镜4缩束后进入第一声光调制器5和第二声光调制器6。当第一声光调制器5的第一驱动器12打开时，谐振腔处于低Q值状态，无法形成激光振荡，因而积累了大量反转粒子数。当第一驱动器12关闭时，谐振腔处于高Q值状态，反转粒子数瞬间跃迁至下能级，受激辐射光穿过第一声光调制器5进入第二声光调制器6。第二声光调制器6的第二驱动器13被置于打开状态，此时通过第二声光调制器6的线偏振光与光轴形成角度为θ=λf_a/v_a的偏转角（其中λ为入射光波长，f_a=27.12MHz为声频，v_a=4.26×10³m/s为声速），不同波长的辐射光通过第二声光调制器6后产生不同的偏转角。第一平面反射镜7的角度被电动旋转台11调整至所需的角度，在此角度上第一平面反射镜7将所需波长的辐射光原路反射回谐振腔中，而其它波长的辐射光被反射至腔外，从而实现激光器的选线。被选择波长的辐射光穿过第二声光调制器6和第一声光调制器5，经第二平面反射镜8和第三平面反射镜9反射后，通过平凹输出镜10耦合输出。受激辐射光在第一平面反射镜7和平凹输出镜10之间的光路之间进行振荡放大，形成脉冲激光输出。通过对第一驱动器12施加周期性的方波调制信号，实现谐振腔高Q值和低Q值的周期性突变，从而实现气流氟化氢激光器高重复频率脉冲激光输出。由于第一声光调制器5和第二声光调制器6在工作时会对通过的辐射光产生频移，为提高激光器的工作效率，将两声光调制器同光轴方向相反设置以消除频移。

本发明谐振腔具有功耗低、脉冲稳定性和可靠性好等优点，能够实现气流氟化氢激光器高重复频率、高峰值功率的选线输出，可应用于激光对抗、激光探测等领域。

Claims

1.一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，其特征在于：所述的谐振腔为折叠腔，所述谐振腔包括：氟化氢增益介质区（1），用于产生受激辐射光；偏振片（2），用于将氟化氢增益介质区（1）产生的辐射光变为线偏振光；凸透镜（3）和凹透镜（4），用于将偏振片（2）输出的线偏振光缩束；第一声光调制器（5），用于控制由凹透镜（4）输出的线偏振光是否形成振荡；第二声光调制器（6），用于将入射的不同波长的线偏振光按不同的衍射角度分开；第一平面反射镜（7），用于将第二声光调制器（6）输出的，所需波长的线偏振光沿原路反射回至氟化氢增益介质区（1）；第二平面反射镜（8），用于将第一平面反射镜（7）沿原路反射回氟化氢增益介质区（1）的放大光反射至第三平面反射镜（9）；第三平面反射镜（9），用于将第二平面反射镜（8）输出的放大光反射至平凹输出镜（10）；平凹输出镜（10），用于将第二平面反射镜（9）反射的光耦合输出。

2.根据权利要求1所述的一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，其特征在于：所述偏振片（2）和所述第二平面反射镜（8）之间的光路，所述第二平面反射镜（8）和所述第三平面反射镜（9）之间的光路以及所述第三平面反射镜（9）和所述平凹输出镜（10）之间的光路上均穿过所述氟化氢增益介质区（1）。

3.根据权利要求1所述的一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，其特征在于：所述的第一声光调制器（5）和所述第二声光调制器（6）同光轴设置，所述第一声光调制器（5）和所述第二声光调制器（6）的方向相反。

4.根据权利要求1所述的一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，其特征在于：所述的第一声光调制器（5）和所述第二声光调制器（6）的声光介质均为TeO₂晶体，所述声光介质前后两个表面均镀有增透膜。

5.根据权利要求1所述的一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，其特征在于：所述的第一声光调制器（5）由第一驱动器（12）控制，所述第一驱动器（12）采用外加方波信号调制；所述的第二声光调制器（6）由第二驱动器（13）控制，所述第二驱动器（13）采用外加直流电平信号控制。

6.根据权利要求1所述的一种用于气流氟化氢激光器脉冲选线输出的谐振腔，其特征在于：所述的第一平面反射镜（7）放置在电动旋转台（11）上，所述电动旋转台（11）由电动转台驱动器控制旋转。