CN104659645A - Rtp电光调q气流氟化氢激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RTP电光调Q气流氟化氢激光器,该激光器采用稳定腔结构,沿输出激光的前进方向依次设置有平凹反射镜、增益介质区、布儒斯特片、平凸透镜、平凹透镜、电光Q开关、1/4波片、平面衍射光栅。本发明激光器利用RTP晶体的电光效应进行调Q,通过对驱动电源施加调制信号,改变RTP晶体的相位延迟,对通过晶体的氟化氢振荡光的偏振特性进行控制,实现谐振腔高低Q值的周期性突变,从而实现氟化氢激光的调Q脉冲输出。其具有开关时间短、峰值功率高、激光同步性和稳定性高等优点,可应用于光电对抗、激光探测及成分分析等领域。
Description
技术领域
本发明属于化学激光器件领域,具体涉及一种电光调Q气流氟化氢激光器。
背景技术
中红外波段的激光在光电对抗、激光遥感、激光探测以及成分分析等领域都有着重要的应用。气流氟化氢激光器工作在2.6-3.0μm的中红外波段范围内,具有高功率、高效率、工程放大性好等优点,是所期望的实用相干光源。目前,气流氟化氢激光器大多是以连续波运行,如果激光器能以高峰值功率脉冲运行,其工作效率可以提高数十倍,这使得连续波气流氟化氢激光的脉冲化成为人们感兴趣的问题。
目前实现气流氟化氢激光脉冲输出的方法主要采用机械调制,这种调制方法通过机械振动实现激光器脉冲运转,属于慢调制类型,且噪声较大,很难得高重复频率、高峰值功率的脉冲激光运行。采用声光调Q技术,可以实现几十千赫兹甚至上百千赫兹的脉冲激光输出,但声光开关是基于光线偏折原理,很难将腔内振荡光完全衍射出谐振腔,因此单程消光比较低,不适用于增益较高的激光器中。采用电光调Q技术可以获得脉冲宽度窄、峰值功率高的稳定巨脉冲激光,适用于2-3μm中红外波段的电光晶体主要有铌酸锂(LN)、偏硼酸钡(BBO)和磷酸钛氧铷(RTP)。LN晶体由于具有强烈弹光效应,损伤阈值低,在高重频下会出现压电环现象,因此不适用于高功率高重复频率激光器中。BBO晶体需要高频高压电源来驱动,因此限制了大尺寸晶体的应用。RTP晶体具有较大的电光系数和较高的损伤阈值,并且不存在压电环现象,所需的驱动电压比BBO晶体要小得多,因此对于气流氟化氢激光的电光调Q来说,RTP晶体是最佳选择。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题,提供一种电光调Q气流氟化氢激光器。该激光器采用RTP晶体电光调Q的方法实现谐振腔高Q值和低Q值的周期性突变,从而实现气流氟化氢激光器的脉冲输出。其具有开关时间短、峰值功率高、激光同步性和稳定性高等优点。
为实现本发明的目的,具体技术解决方案是:
RTP电光调Q气流氟化氢激光器,沿输出激光的前进方向,在光轴上依次设置有平凹反射镜、氟化氢增益介质区、布儒斯特片、平凸透镜、平凹透镜、电光Q开关、1/4波片、平面衍射光栅。
本发明激光装置的工作过程如下:激光器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,经过布儒斯特片后变为线偏振光,经过平凸透镜和平凹透镜组成的缩束器进行缩束后进入到电光Q开关。RTP电光Q开关的驱动电源对Q开关施加周期性的1/4波电压。当驱动电源输出低电压时,线偏振光经过Q开关后振动方向不发生改变,两次穿过1/4波片后振动方向改变了90度,并被布儒斯特片反射出谐振腔,此时谐振腔处于低Q值状态,无法形成激光振荡。当Q开关驱动电源输出高电压时,腔内辐射光两次经过Q开关和1/4波片,其振动方向不发生改变,谐振腔处于高Q值状态,反转粒子数瞬间跃迁至下能级,从而形成巨脉冲,最终激光由平面衍射光栅的零级衍射耦合输出。通过对驱动电源施加调制信号,实现谐振腔低Q值和高Q值的周期性突变,从而实现激光器的调Q脉冲输出。
所述的平凸透镜、平凹透镜的材料为CaF2,每块透镜的前后表面均镀有增透膜。平凸透镜和平凹透镜组成缩束器。
所述的布儒斯特片为蓝宝石晶体,与光轴的夹角为60.5度。
所述的电光Q开关采用双晶体结构,由两块相同尺寸的磷酸钛氧铷晶体构成,每块晶体的前后两个通光表面均镀有增透膜。
所述的电光Q开关由与其匹配的电源驱动器控制,采用外加方波升压式调制,可以实现1Hz-10kHz连续调节。
所述的1/4波片为晶体结构,由钒酸钇晶体构成,晶体的前后表面均镀有增透膜。
所述的平面衍射光栅以Littrow自准直方式放置,氟化氢激光以平面衍射光栅的一级衍射在由平凹反射镜、氟化氢增益介质区、布儒斯特片和平面衍射光栅组成的谐振腔内进行振荡放大,由平面衍射光栅的零级耦合输出。
本发明具有以下优点:
1.采用电光调Q的方法实现连续氟化氢激光脉冲化,其开关时间短,效率高,同步性和稳定性能高,可以实现脉冲宽度窄、高峰值功率的激光输出。
2.采用RTP晶体作为调Q晶体,其电光系数较大,具有较高的损伤阈值,并且不存在压电环现象,所需的驱动电压相对较小,采用双晶体结构可以消除双折射的影响,有利于获得较大功率的中红外激光输出。
附图说明
图1为本发明RTP电光调Q气流氟化氢激光器的结构示意图;
其中,1-平凹反射镜;2-氟化氢增益介质区;3-布儒斯特片;4-平凸透镜;5-平凹透镜;6-电光Q开关;7-1/4波片;8-平面衍射光栅。
具体实施方式
如附图1所示,RTP电光调Q气流氟化氢激光器,包括:沿输出激光的前进方向依次设置有平凹反射镜1、氟化氢增益介质区2、布儒斯特片3、平凸透镜4、平凹透镜5、电光Q开关6、1/4波片7、平面衍射光栅8。
当激光器工作时,由氢气和氟原子发生化学反应在氟化氢增益介质区2内产生的是波长范围较宽的受激辐射光,平面衍射光栅8的角度被调整到所要选择激光波长所对应的角度上。氟化氢增益介质区2所产生的受激辐射光经过布儒斯特片3后变为振动方向平行于入射面的线偏振光。经过平凸透镜4和平凹透镜5组成的缩束器5倍缩束后,进入到电光Q开关6中。
当电光Q开关6的电源驱动器输出低电压信号时,线偏振光穿过电光Q开关6,其振动方向不发生改变,经过1/4波片7后变为圆偏振光,经过平面衍射光栅8的一级衍射后沿原路返回再次穿过1/4波片7变为线偏振光,此时其振动方向较之前改变90度,当穿过电光Q开关6后再次到达布儒斯特片3时,由于此时的线偏振光振动方向与入射面垂直,因此被布儒斯特片3全部反射出谐振腔外,谐振腔处于低Q值状态,无法形成激光振荡。
当电光Q开关6的驱动电源突然输出1/4波电压信号时,经过布儒斯特片3的线偏振光穿过电光Q开关6后变为圆偏振光,穿过1/4波片7后变为振动方向改变90度的线偏振光,经平面衍射光栅8一级衍射后沿原路返回再次穿过1/4波片7变为圆偏振光,穿过电光Q开关6后变为线偏振光,此时线偏振光的振动方向已改变了180度,到达布儒斯特片3时其振动方向依然平行于入射面,因此可以穿过布儒斯特片3,穿过增益介质区2进行受激放大,此时谐振腔处于高Q值状态,受激辐射光在平凹反射镜1和平面衍射光栅8组成的谐振腔之间振荡放大,形成高峰值功率激光,最后通过平面衍射光栅8的零级耦合输出。通过对电光Q开关6的驱动电源施加周期性的调制信号,实现谐振腔高Q值和低Q值的周期性突变,从而实现激光器的调Q脉冲输出。
本发明具有激光脉冲宽度窄、峰值功率高、激光同步性和稳定性高等优点,能够实现气流氟化氢激光高峰值功率脉冲输出,可应用于光电对抗、激光探测及成分分析等领域。
Claims (7)
1.RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于包括:沿输出激光的前进方向,在光轴上依次设置有平凹反射镜(1)、氟化氢增益介质区(2)、布儒斯特片(3)、平凸透镜(4)、平凹透镜(5)、电光Q开关(6)、1/4波片(7)、平面衍射光栅(8)。
2.根据权利要求1所述的RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于:所述的布儒斯特片为蓝宝石晶体,与光轴的夹角为60.5度。
3.根据权利要求1所述的RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于:所述的平凸透镜(4)、平凹透镜(5)的材料为CaF2,晶体构成,每块透镜的前后表面均镀有增透膜;所述平凸透镜(4)和平凹透镜(5)组成缩束器。
4.根据权利要求1所述的RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于:所述的电光Q开关(6)采用双晶体结构,由两块相同尺寸的磷酸钛氧铷晶体构成,每块晶体的前后两个通光表面均镀有增透膜。
5.根据权利要求1所述的RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于:所述的电光Q开关(6)由与其匹配的电源驱动器控制,采用外加方波升压式调制,以实现1Hz-10kHz连续调节。
6.根据权利要求1所述的RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于:所述的1/4波片(7)为晶体结构,由钒酸钇晶体构成,晶体的前后表面均镀有增透膜。
7.根据权利要求1所述的RTP电光调Q气流氟化氢激光器,其特征在于:所述的平面衍射光栅(8)以Littrow自准直方式放置,氟化氢激光以平面衍射光栅(8)的一级衍射在由平凹反射镜(1)、氟化氢增益介质区(2)、布儒斯特片(3)和平面衍射光栅(8)组成的谐振腔内进行振荡放大,由平面衍射光栅(8)的零级耦合输出。
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