CN105655862A

CN105655862A - 一种f-p电光调q倍频激光

Info

Publication number: CN105655862A
Application number: CN201610245787.7A
Authority: CN
Inventors: 张杨; 黄凌雄; 陈伟
Original assignee: Fujian Castech Crystals Inc
Current assignee: Fujian Castech Crystals Inc; Castech Inc
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2036-04-20
Also published as: CN105655862B

Abstract

本发明设计的F-P构型电光调Q倍频激光，是以具有非线性效应和电光效应的晶体制作F-P电光调Q倍频器件，并将该器件置于基频激光谐振腔的输出端，构成电光调Q倍频激光。激光工作介质受到注入能量泵浦时，在激光谐振腔内形成基频激光振荡，F-P电光调Q倍频器件通过电光效应对基频激光进行电光调制，在一定驱动电压下获得窄脉冲基频激光输出；输出的基频激光通过F-P电光调Q倍频器件，其在该器件内的传播方向与对应的倍频方向重合，当基频激光的功率密度超过非线性效应的转换阈值时，基频激光转换为倍频激光。

Description

一种F-P电光调Q倍频激光

技术领域

本发明涉及激光器。

背景技术

激光的光谱特性和高能量密度决定了其应用的广泛。电光调Q激光是获取高功率密度激光的一种最常用方法，在激光应用中占据极为庞大的份额。为了满足各种应用要求，激光器的覆盖光谱范围需要不断扩展，激光非线性过程成为重要而有效的手段。电光调Q的非线性激光器成为激光研制的重要部分，但是现有的多数技术路线尽管并不复杂，却在激光器的紧凑设计和小型化发展方面存在很大障碍，尤其是电气系统的高压要求使得设计难度极高，对各类材料要求严苛。利用电光调制的Fabry-Perot（F-P）干涉仪对激光器进行调制将能大大降低所需的调制电压，从而使激光器的设计难度减小。以此为基础，设计了一种F-P电光调Q倍频激光器，其核心是以同时具备电光效应和非线性光学效应的晶体制备F-P干涉仪，使之能够同时完成电光调制和非线性光学转换过程，降低电气系统要求，简化激光器设计，从而实现激光器的紧凑化设计。

发明内容

本发明的目的在于以同时具有电光效应和非线性光学效应的晶体制作可用于激光调制的Fabry-Perot（F-P）标准具，使之能够对激光器进行电光调制并将基频激光转换为倍频激光。

在激光器的小型化设计中，以单一器件同时担负几种功能是十分有利的，对于节约成本也是很有帮助的。有些晶体材料同时具有非线性光学效应和电光效应，因而可以将电光调制和非线性转换集中到单一器件上完成。故此，以具有非线性效应和电光效应的晶体制作F-P电光调Q倍频器件，并将该器件置于基频激光谐振腔的输出端，构成电光调Q倍频激光。激光工作介质受到注入能量泵浦时，在激光谐振腔内形成基频激光振荡，F-P电光调Q倍频器件通过电光效应对基频激光进行电光调制，在一定驱动电压下获得窄脉冲基频激光输出；输出的基频激光通过F-P电光调Q倍频器件，其在该器件内的传播方向与对应的倍频方向重合，当基频激光的功率密度超过非线性效应的转换阈值时，基频激光转换为倍频激光。本发明中的基频激光工作介质为激光晶体、激光玻璃、激光陶瓷、激光光纤和激光染料，F-P电光调Q倍频器件采用非线性光学晶体制作。

本发明的设计原则为：选择合适的晶体材料，其同时具备非线性光学效应和电光的效应，由基频激光确定光在晶体中的倍频方向以及电光调制的方式，使倍频方向与电光调制时基频激光的传播方向重合；以电光调制时基频激光的传播方向为法线，将晶体加工成F-P标准具，F-P标准具双面镀上对基频激光高反射的介质膜，与激光工作介质、偏振器件等构成基频激光振荡腔，并在标准具上施加调制电场，由电场的电压变化来改变基频激光通过F-P标准具的通过率，以输出窄脉冲、高功率密度的基频激光，即电光调Q脉冲基频激光；通过F-P标准具的电光调Q脉冲激光随后被反射镜反射回F-P标准具并沿对应的倍频方向传播，完成非线性光学转换。

本发明的一种典型具体技术路线为（见说明书附图1）：选择合适的晶体材料（NM），对基频激光（ν）来说，该晶体可以采用横向电光调制方式，使横向电光调制时激光光路能与基频激光（ν）的倍频方向重合，以该倍频方向为法线，将晶体（NM）加工成F-P标准具；设计的F-P电光调Q倍频激光置于冷却平台（Cu）上，冷却平台（Cu）能够保证激光工作介质（LM）和晶体（NM）工作于合适的温度范围中，冷却平台（Cu）的材质为良导体，以作为电光调制的电极；F-P电光调Q倍频激光的轴线为（l）,在冷却平台（Cu）上依次排列激光工作介质（LM）、光学偏振器件（PL）、晶体（NM）和输出镜（M），它们的轴线均与轴线（l）重合，第一平面（f1）为激光工作介质（LM）的输入端面，该面镀膜对泵浦光（IP）增透、对基频激光（ν）全反射，第二平面（f2）为激光工作介质（LM）的另一端面，该面镀膜对泵浦光（IP）全反、对基频激光（ν）增透，第三平面（f3）、第四平面（f4）为光学偏振器件（PL）的两个端面，它们镀上介质膜使基频激光（ν）完全透过，第五平面（f5）为晶体（NM）的第一端面，其镀膜对基频激光（ν）高反、对倍频激光（2ν）全反，第六平面（f6）为晶体（NM）的第二端面，其镀膜对基频激光（ν）高反、对倍频激光（2ν）增透，第七平面（f7）为输出镜（M）的端面，其镀膜对基频激光（ν）全反、对对倍频激光（2ν）增透，平面（f1）至（f7）分别与轴线（l）相交于点a、b、c、d、e、f、g，晶体（NM）的第一端面（f5）和第二端面（f6）相平行且对基频激光（ν）高反，能形成F-P干涉，以之作为电光调Q开关，采用横向调制方式，施加的电场方向垂直于轴线（l），因此在晶体（NM）的侧面镀上电极（AN），相对的另一侧电极由冷却平台（Cu）兼任。以激光工作介质（LM）、光学偏振器件（PL）和晶体（NM）构成基频激光电光调Q振荡腔，腔的两端分别为平面（f1）和（f6），泵浦光（IP）由a→b注入激光工作介质（LM），使激活离子产生粒子数反转，在粒子跃迁过程有与基频激光（ν）频率相同的光辐射沿a→b→c传播，到达光学偏振器件（PL），此时只有选定偏振态的光辐射能够通过并沿c→d→e行进，施加一定的电场使晶体（NM）处于关闭状态时，这时与基频激光（ν）频率相同的光辐射将被镀有高反膜的平面（f5）和（f6）分别于点e、f处反射回腔内，只有少量的光辐射能进入晶体（NM），无法形成激光倍频转换。光在腔内沿a→e(f)→a不断循环，在通过激光工作介质（LM）时增益放大，最终形成具有一定偏振态的基频激光（ν）振荡。瞬间改变晶体（NM）上的横向调制电场，使基频激光（ν）在通过晶体（NM）时受到电光效应作用，当满足干涉条件时，晶体（NM）对基频激光（ν）来说处于高透过状态，基频激光（ν）输出进入晶体（NM），由于基频激光（ν）在晶体（NM）中的传播光路e→f即为对应的倍频方向，其偏振态也满足倍频转换的条件，只要激光功率密度超过倍频转换阈值就能获得倍频激光（2ν）。基频激光（ν）和倍频激光（2ν）混合的光束到达输出镜（M），前者被平面（f7）反射回腔内，后者直接通过形成光输出（OP）。

本发明中，激光工作介质（LM）可以采用端面泵浦方式，也能以侧面泵浦方式运转；晶体（NM）加工的F-P标准具，能够以横向电光调制或纵向电光调制方式对基频激光（ν）进行调制，以获得调Q激光输出。

本发明中的F-P电光调Q倍频激光，以具有电光效应和非线性光学效应的晶体加工而成的F-P标准具为核心，有以下的基本特征：

1、，以电光调制的F-P标准具与激光工作介质、光学偏振器件和输出镜构成电光调Q倍频激光，该F-P标准具使用同时具有非线性光学效应和电光效应的晶体制作，其通光面法线为选择的基频激光所对应的倍频方向，能以横向电光调制或纵向电光调制方式工作。

2、激光工作介质为激光晶体、激光陶瓷、激光玻璃、激光光纤或者激光染料。

3、激光工作介质采用端面泵浦方式或者侧面泵浦方式。

4、F-P标准具采用KTP、LN、KN、BBO、KDP、KD*P、RTP、RTA或者CSBO晶体制作。

附图说明

图1、一种F-P电光调Q倍频激光示意图。

具体实施方式

1、532nm电光调Q倍频激光（Nd:YVO₄+KTP）

以KTP晶体加工F-P标准具，Nd:YVO₄激光晶体为激光工作介质，选择的基频激光为1064nm，对应KTP晶体的相位匹配方向为（θ＝90o，Φ＝23.6o），此方向即为F-P标准具的通光面法线方向，F-P标准具使用横向电光调制方式，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YVO₄激光晶体，在F-P标准具上施加合适电场，当F-P标准具对1064nm处于高通过状态时，KTP晶体内产生倍频激光并输出。

2、532nm电光调Q倍频激光（Nd:YVO₄+LN）

以LN晶体加工F-P标准具，Nd:YVO₄激光晶体为激光工作介质，选择的基频激光为1064nm，确定LN晶体的相位匹配方向，以此方向为F-P标准具的通光面法线方向，F-P标准具使用横向电光调制方式，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YVO₄激光晶体，在F-P标准具上施加合适电场，当F-P标准具对1064nm处于高通过状态时，LN晶体内产生倍频激光并输出。

3、532nm电光调Q倍频激光（Nd:YAG+KTP）

以KTP晶体加工F-P标准具，Nd:YAG激光晶体为激光工作介质，选择的基频激光为1064nm，确定KTP晶体的相位匹配方向，以此方向为F-P标准具的通光面法线方向，F-P标准具使用横向电光调制方式，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YAG激光晶体，在F-P标准具上施加合适电场，当F-P标准具对1064nm处于高通过状态时，KTP晶体内产生倍频激光并输出。

4、473nm电光调Q倍频激光（Nd:YVO₄+BBO）

以BBO晶体加工F-P标准具，Nd:YVO₄激光晶体为激光工作介质，选择的基频激光为946nm，确定BBO晶体的相位匹配方向，以此方向为F-P标准具的通光面法线方向，F-P标准具使用横向电光调制方式，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YVO₄激光晶体，在F-P标准具上施加合适电场，当F-P标准具对946nm处于高通过状态时，BBO晶体内产生倍频激光并输出。

Claims

1.一种F-P构型电光调Q倍频激光，其特征在于：以电光调制的F-P标准具与激光工作介质、光学偏振器件和输出镜构成电光调Q倍频激光，该F-P标准具使用同时具有非线性光学效应和电光效应的晶体制作，其通光面法线为选择的基频激光所对应的倍频方向，能以横向电光调制或纵向电光调制方式对基频激光进行调制，并将沿倍频方向通过的基频激光转换为倍频激光。

2.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：激光工作介质为激光晶体、激光陶瓷、激光玻璃、激光光纤或者激光染料。

3.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：激光工作介质采用端面泵浦方式或者侧面泵浦方式。

4.如权利要求1所述的激光器，其特征在于：F-P标准具采用KTP、LN、KN、BBO、KDP、KD*P、RTP、RTA或者CSBO晶体制作。