CN104953457A - 交替输出双波长调q脉冲激光的装置 - Google Patents

交替输出双波长调q脉冲激光的装置 Download PDF

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交替输出双波长调Q脉冲激光的装置属于激光技术领域。其特征在于，λ1激光器、λ2激光器由各自的泵浦、全反射镜、激光晶体及共同的输出耦合镜构成；调Q棱镜对由抑制棱镜与全反射棱镜构成，抑制棱镜的斜面与全反射棱镜的斜面构成调Q棱镜对斜面组，压电陶瓷换能器安装在抑制棱镜上，用来调整斜面组中两个斜面的间距d；调Q棱镜对位于λ1激光器的激光晶体与输出耦合镜之间，λ1激光器的谐振光路与调Q棱镜对的一组直角面垂直；λ2激光器的光轴与调Q棱镜对的另一组直角面垂直，且经过斜面组，λ2激光器的激光晶体与全反射棱镜相邻；内含时序控制电路的时序电源分别与λ1激光器、λ2激光器各自的泵浦及压电陶瓷换能器电连接；分光棱镜位于输出耦合镜外侧的光路上。

Description

交替输出双波长调Q脉冲激光的装置
技术领域
本发明涉及一种交替输出双波长调Q脉冲激光的装置，由压电陶瓷控制一对棱镜的斜面的间距，实现两个波长如1064nm和946nm的脉冲激光的交替输出，属于激光技术领域。
背景技术
多波长激光器不仅在激光医疗、精密光谱分析、激光雷达等领域有着重要应用，而且在非线性光学混频方面意义更加重大，这是因为通过对多波长激光进行包括倍频、和频、差频在内的非线性混频能够获得某些特殊波段的光，如480～520nm波段，该波段与氩离子激光器的发射波段相同，可以作为掺Pr激光晶体的泵浦源，解决了掺Pr激光器的泵浦问题；再如550～600nm波段，该波段在光谱分析、军事以及天文观测等领域得到应用；还有差频产生的THz波段，该波段在生物体的无损探测、环境监测和通信等领域发挥重要作用。
在具体的应用中，往往需要具有某一波段中两种不同波长的光。为此，现有技术提出了一些有关多波长激光器的方案。其中一种方案由一篇刊登在Optics Communications264(2006)51～54、题为“Simultaneous dual-wavelength Q-switched Nd:YAG laser operating at 1.06μm and946nm”的文章所公开，如图1所示，由808nm LD1提供的泵浦光经由光纤2由耦合系统3输入到键合Nd:YAG激光晶体4中，在线性谐振腔光输出一侧设置Nd,Cr:YAG饱和吸收体5，由其同时完成对腔内1064nm激光和946nm激光的调Q，两种波长的脉冲激光同时自输出镜6输出，由分光棱镜10分光后，1064nm激光有光电探测器a接收，946nm激光由946nm高反镜8反射给光电探测器b。
所述已知技术存在以下不足：其一，由于Nd:YAG激光晶体在1064nm处的发射截面为4.6×10-19cm2，在946nm处的发射截面为4×10-20cm2，两者发射截面相差10倍以上，这将导致1064nm和946nm两条跃迁谱线之间存在十分激烈的增益竞争，很难输出稳定的双波长激光振荡；其二，1064nm和946nm双波长脉冲激光是同时输出，而对于诸如温度场探测、激光加工所需交替光输出，则不能满足要求，另外，在d这种情况下也存在光功率浪费。
发明内容
为了实现由一个装置提供双波长调Q脉冲激光的交替输出，同时，避免增益竞争的发生，我们发明了一种交替输出双波长调Q脉冲激光的装置。
本发明之交替输出双波长调Q脉冲激光的装置其特征在于，如图2所示，λ1激光器、λ2激光器由各自的泵浦11、全反射镜12、激光晶体13及共同的输出耦合镜14构成；调Q棱镜对由抑制棱镜15与全反射棱镜16构成，抑制棱镜15的材料与全反射棱镜16的材料相同，抑制棱镜15的材料与全反射棱镜16均为等腰直角棱镜，抑制棱镜15的斜面与全反射棱镜16的斜面构成调Q棱镜对斜面组，在所述斜面组中两个斜面相对且平行，压电陶瓷换能器17安装在抑制棱镜15上，用来调整斜面组中两个斜面的间距d；调Q棱镜对位于λ1激光器的激光晶体13与输出耦合镜14之间，λ1激光器的谐振光路与调Q棱镜对的一组直角面垂直；λ2激光器的泵浦11、全反射镜12、激光晶体13的光轴与调Q棱镜对的另一组直角面垂直，且经过斜面组，λ2激光器的激光晶体13与全反射棱镜16相邻；内含时序控制电路的时序电源18分别与λ1激光器、λ2激光器各自的泵浦11及压电陶瓷换能器17电连接；分光棱镜19位于输出耦合镜14外侧的光路上。
本发明其技术效果在于，时序电源18交替为λ1激光器、λ2激光器各自的泵浦11供电，同时，与为λ1激光器或者λ2激光器的泵浦11供电同步，为压电陶瓷换能器17供电，如图3所示，压电陶瓷换能器17间歇工作。当压电陶瓷换能器17工作时，斜面组中两个斜面的间距d变小，且小于λ1和λ2，此时调Q棱镜对导通，λ1激光器谐振，处在低损耗的状态，并经分光棱镜19输出调Qλ1激光，如图4、图5所示；与此同时，λ2激光器处在高损耗状态，λ2激光器的激光晶体13中的激活粒子储存于激光的上能级，进行能量积累，没有激光输出。当压电陶瓷换能器17停止工作时，斜面组中两个斜面的间距d变大，且大于λ1和λ2，此时调Q棱镜对阻断，来自λ1激光器激光晶体13的激射光由抑制棱镜15的斜面全反射，λ1激光器处在高损耗状态，λ1激光器的激光晶体13中的激活粒子储存于激光的上能级，进行能量积累，没有激光输出；与此同时，来自λ2激光器激光晶体13的激射光由全反射棱镜16的斜面全反射，并因输出耦合镜14的存在而发生谐振，处在低损耗的状态，并经分光棱镜19沿与此前的调Qλ1激光输出方向相垂直的方向输出调Qλ2激光，如图6、图5所示。
可见，本发明采用两个激光器由调Q棱镜对在调Q的同时沿两个方向交替输出波长不同的两束激光，同时，由于两种波长激光在各自的激光增益介质中振荡产生，因而从根本上避免了现有技术采用单一激光晶体获得双波长激光输出时在跃迁谱线之间出现增益竞争。
附图说明
图1是现有一种获得双波长激光的装置的结构示意图。图2是本发明之交替输出双波长调Q脉冲激光的装置结构示意图，该图同时作为摘要附图。图3是本发明之交替输出双波长调Q脉冲激光的装置中的泵浦及压电陶瓷换能器工作电压时序分布示意图。图4、图6是本发明之交替输出双波长调Q脉冲激光的装置交替输出两种波长激光的工作状态示意图。图5是本发明之交替输出双波长调Q脉冲激光的装置交替输出两种波长激光的光功率时序分布示意图。
具体实施方式
本发明之交替输出双波长调Q脉冲激光的装置其具体方案如下，如图2所示，λ1激光器、λ2激光器由各自的泵浦11、全反射镜12、激光晶体13及共同的输出耦合镜14构成。泵浦11采用波长为808nm的LD。全反射镜12为平行平面镜，内侧、外侧两个镜面镀透过率大于99.9％的808nm增透膜，且λ1激光器的全反射镜12内侧镜面镀反射率大于99.9％的λ1波长激光高反射率膜，如1064nm；λ2激光器的全反射镜12内侧镜面镀反射率大于99.9％的λ2波长激光高反射率膜，如946nm。激光晶体13采用Nd:YAG晶体棒。作为λ1激光器的激光晶体13的Nd:YAG晶体棒直径为Φ5mm，长度为10mm，掺杂浓度为1at％，端面膜为λ1波长及泵浦光波长透过率大于99.9％的增透膜，如1064nm和808nm。作为λ2激光器的激光晶体13的Nd:YAG晶体棒直径为Φ5mm，长度为8mm，掺杂浓度为1.1at％，端面膜为λ2波长及泵浦光波长透过率大于99.9％的增透膜，如946nm和808nm。输出耦合镜14为平行平面镜，内侧镜面镀透过率为3～5％的λ1、λ2波长透射膜，当λ1＝1064nm、λ2＝946nm时，输出耦合镜14的内侧镜面镀透过率为3％的1064nm透射膜，同时镀透过率为5％的946nm透射膜，这是因为在Nd:YAG晶体中，1064nm激射所占比例大；外侧镜面镀透过率大于99.9％的λ1、λ2波长增透膜，所述λ1、λ2波长如1064nm、946nm。调Q棱镜对由抑制棱镜15与全反射棱镜16构成，抑制棱镜15的材料与全反射棱镜16的材料相同，抑制棱镜15的材料与全反射棱镜16均为等腰直角棱镜，抑制棱镜15的斜面与全反射棱镜16的斜面构成调Q棱镜对斜面组，在所述斜面组中两个斜面相对且平行，压电陶瓷换能器17安装在抑制棱镜15上，用来调整斜面组中两个斜面的间距d。压电陶瓷换能器17长度为5mm，厚度为3mm。抑制棱镜15与全反射棱镜16的尺寸均为长×宽×高＝15×15×15mm3；抑制棱镜15与λ1激光器的激光晶体13相邻的直角面镀透过率大于99.9％的λ1波长增透膜，如1064nm；全反射棱镜16与λ2激光器的激光晶体13相邻的直角面镀透过率大于99.9％的λ2波长增透膜，如964nm；全反射棱镜16与输出耦合镜14相邻的直角面镀透过率大于99.9％的λ1、λ2波长增透膜，如1064nm和946nm。调Q棱镜对位于λ1激光器的激光晶体13与输出耦合镜14之间，λ1激光器的谐振光路与调Q棱镜对的一组直角面垂直。λ2激光器的泵浦11、全反射镜12、激光晶体13的光轴与调Q棱镜对的另一组直角面垂直，且经过斜面组，λ2激光器的激光晶体13与全反射棱镜16相邻。内含时序控制电路的时序电源18分别与λ1激光器、λ2激光器各自的泵浦11及压电陶瓷换能器17电连接。分光棱镜19位于输出耦合镜14外侧的光路上。分光棱镜19的入射直角面镀λ1、λ2波长透过率大于99.9％的增透膜，如1064nm和946nm；斜面镀反射率大于99.9％的λ1或者λ2波长高反射率膜，如1064nm或者946nm，斜面同时镀透过率大于99.9％的λ2或者λ1波长增透膜，如964nm或者1064nm，与此对应，分光棱镜19的出射直角面镀透过率大于99.9％的λ1或者λ2波长增透膜，如1064nm或者946nm。

Claims (3)

1.一种交替输出双波长调Q脉冲激光的装置，其特征在于，λ1激光器、λ2激光器由各自的泵浦(11)、全反射镜(12)、激光晶体(13)及共同的输出耦合镜(14)构成；调Q棱镜对由抑制棱镜(15)与全反射棱镜(16)构成，抑制棱镜(15)的材料与全反射棱镜(16)的材料相同，抑制棱镜(15)的材料与全反射棱镜(16)均为等腰直角棱镜，抑制棱镜(15)的斜面与全反射棱镜(16)的斜面构成调Q棱镜对斜面组，在所述斜面组中两个斜面相对且平行，压电陶瓷换能器(17)安装在抑制棱镜(15)上，用来调整斜面组中两个斜面的间距d；调Q棱镜对位于λ1激光器的激光晶体(13)与输出耦合镜(14)之间，λ1激光器的谐振光路与调Q棱镜对的一组直角面垂直；λ2激光器的泵浦(11)、全反射镜(12)、激光晶体(13)的光轴与调Q棱镜对的另一组直角面垂直，且经过斜面组，λ2激光器的激光晶体(13)与全反射棱镜(16)相邻；内含时序控制电路的时序电源(18)分别与λ1激光器、λ2激光器各自的泵浦(11)及压电陶瓷换能器(17)电连接；分光棱镜(19)位于输出耦合镜(14)外侧的光路上。
2.根据权利要求1所述的交替输出双波长调Q脉冲激光的装置，其特征在于，泵浦(11)采用波长为808nm的LD。
3.根据权利要求1所述的交替输出双波长调Q脉冲激光的装置，其特征在于，激光晶体(13)采用Nd:YAG晶体棒。
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