CN104659645A - Rtp电光调q气流氟化氢激光器 - Google Patents

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王元虎
多丽萍
金玉奇
唐书凯
李留成
于海军
汪健
曹靖
康元福
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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

RTP电光调Q气流氟化氢激光器
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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