CN105680315A - 一种提高电光调q激光器平均输出功率的方法 - Google Patents

一种提高电光调q激光器平均输出功率的方法 Download PDF

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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
    • H01S3/1123—Q-switching
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Abstract

本发明公开了一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法，属于激光器制造领域。该方法采用z切割、加纵向电场的方形KD*P晶体作为电光开关。该结构的KD*P晶体与传统圆柱状结构的KD*P晶体相比，由于晶体内部温度场梯度发生变化，降低了由剪切应力引起的双折射，并使其折射率椭球变形程度小于传统圆柱状结构的KD*P晶体，从而使该特殊结构的KD*P晶体热退偏小于圆柱形KD*P晶体，改善了电光晶体的开关特性，提高了电光调Q激光器的平均输出功率。

Description

一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法
技术领域
该发明涉及一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法，该方法采用特殊的方形结构KD*P晶体作为电光开关，有效降低了晶体的热退偏，提高了电光调Q激光器的平均输出功率，获得了短脉冲，大能量，高平均功率激光输出。属于激光器制造领域。
背景技术
目前，半导体泵浦的短脉冲、大能量、高平均功率调Q激光器在远程探测，非线性光学和材料加工领域，特别是在机载激光雷达领域有着重要的应用。
在电光调Q激光器中，特别是高平均功率的调Q激光器，存在严重的热效应，除了激光增益介质的热效应外，由于开关晶体对振荡激光的线性吸收，在晶体中将产生热沉积，会影响电光调Q激光器的输出效率。已有的实验结果表明，由于电光晶体的双折射效应，电光晶体对振荡激光很小的吸收，都会影响电光晶体的开关特性。这使电光开关热退偏成为制约高平均功率电光调Q激光器的瓶颈之一。
为减小电光开关热退偏的影响，通常采用在激光器内加入电光晶体对或采用反射式电光开关，补偿晶体中的双折射效应。但上述方式并没有减小单个电光晶体本身的热效应。目前还没有通过使用特殊结构的方形KD*P晶体作为电光开关，减小开关晶体的热退偏，获得短脉冲，大能量，高平均功率激光输出的研究报道。
发明内容
本发明的目的在于采用特殊的方形结构KD*P晶体作为电光开关，减小开关晶体的热退偏，获得短脉冲，大能量，高平均功率激光输出。
本发明采用了如下的技术方案为一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法，其特征在于，该方法采用z切割、加纵向电场的方形KD*P晶体作为电光开关。实施该方法的装置包括全反镜1、半导体激光脉冲泵浦模块2、Nd:YAG晶体3、起偏器4、电光开关5、输出耦合镜6；全反镜1、半导体激光脉冲泵浦模块2、Nd:YAG晶体3、起偏器4、电光开关5、输出耦合镜6依次相连，最终经输出耦合镜6进行输出激光7。其中，作为电光开关的KD*P晶体置于起偏器4和输出耦合镜6之间，并且紧靠输出耦合镜6。
该结构的KD*P晶体与传统圆柱状结构的KD*P晶体相比，由于晶体内部温度场梯度发生变化，降低了由剪切应力引起的双折射，并使其折射率椭球变形程度小于传统圆柱状结构的KD*P晶体，从而使该特殊结构的KD*P晶体热退偏小于圆柱形KD*P晶体，改善了电光晶体的开关特性，提高了电光调Q激光器的平均输出功率。
本发明用全新的思路实现了电光调Q激光器短脉冲，大能量，高平均功率激光输出，与采用传统的圆柱状KD*P晶体作为电光开关的调Q激光器相比，具有高平均功率、高单脉冲能量、热退偏明显减小的效果；本发明具有实质性的特点和显著进步，本发明所述的方法可以广泛应用于电光调Q激光器，能够明显提高激光器的效率、脉冲能量和平均输出功率。
附图说明
图1是采用特殊结构的方形KD*P晶体作为开关晶体的电光调Q激光器结构示意图
图2是Z切割KD*P电光晶体存在热分布时，圆柱状结构晶体(a)，和方形结构晶体(b)x、y方向折射率主轴的变化示意图
图3是采用不同结构KD*P电光晶体的调Q激光器输出功率与泵浦电流的关系示意图
具体实施方式
为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，实施以特殊结构的方形KD*P晶体作为电光开关的调Q激光器，结合实施例、参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明装置包括全反镜1、半导体激光脉冲泵浦模块2、Nd:YAG晶体3、起偏器4、电光开关5、输出耦合镜6、输出激光7。
传统电光调Q晶体通常是采用圆柱状结构，常见的电光调Q激光器采用的是圆柱状电光晶体，由于圆柱状电光晶体自身的双折射效应，使其热退偏非常明显，严重影响了电光晶体的开关特性，制约了电光调Q激光器平均输出功率的提高。
下面对采用特殊结构的方形KD*P晶体作为开关晶体，提高电光调Q激光器输出特性的原理进行说明。
对于传统的圆柱状KD*P电光晶体，采用z切割、加纵向电场。如图2(a)所示，电光晶体未加电场时，电光晶体内部由于有温度场梯度，会出现由剪切应力引起的双折射。对-42m结构的KD*P晶体，其折射率椭球发生变形，在垂直于通光z轴的面上将形成新的主轴折射率nx’和ny’，且随半径r和方位角θ变化。对于方形结构电光晶体，由于其特殊结构，晶体内部温度分布和热应力发生变化，剪切应力远小于圆柱形晶体，计算结果可形象的表示为图2(b)，其折射率椭球变形程度小于前者，从而使该特殊结构的KD*P晶体热退偏小于圆柱形KD*P晶体，改善了电光晶体的开关特性，提高了电光调Q激光器的平均输出功率。
如图1所示，将该方形KD*P晶体应用于激光器中。该激光器采用常规的直腔降压式电光调Q的结构。调节激光器的腔镜，使其在自由运转时达到最佳状态，插入起偏器，微调，使其与光轴夹角为布诺斯特角度53°。在靠近输出耦合镜一端加入特殊结构的方形KD*P晶体，细调电光晶体，使其在加纵向半波电压时能完全关断激光输出。半导体激光脉冲泵浦模块的触发和电光Q开关的触发采用同一个脉冲发生器,使它们相互之间延时同步匹配。在相同条件下，搭建采用传统的圆柱状KD*P晶体作为电光开关的调Q激光器。
两者的实验结果如图3所示，采用特殊结构的方形KD*P晶体，电光开关调Q激光器的最高平均输出功率是采用传统圆柱状KD*P电光晶体调Q激光器的两倍。

Claims (3)

1.一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法，其特征在于，该方法采用z切割、加纵向电场的方形KD*P晶体作为电光开关；实施该方法的装置包括全反镜(1)、半导体激光脉冲泵浦模块(2)、Nd:YAG晶体(3)、起偏器(4)、电光开关(5)、输出耦合镜(6)；全反镜(1)、半导体激光脉冲泵浦模块(2)、Nd:YAG晶体(3)、起偏器(4)、电光开关(5)、输出耦合镜(6)依次相连，最终经输出耦合镜(6)进行输出激光(7)；其中，作为电光开关的KD*P晶体置于起偏器(4)和输出耦合镜(6)之间，并且紧靠输出耦合镜(6)；
该结构的KD*P晶体与传统圆柱状结构的KD*P晶体相比，由于晶体内部温度场梯度发生变化，降低了由剪切应力引起的双折射，并使其折射率椭球变形程度小于传统圆柱状结构的KD*P晶体，从而使该特殊结构的KD*P晶体热退偏小于圆柱形KD*P晶体，改善了电光晶体的开关特性，提高了电光调Q激光器的平均输出功率。
2.根据权利要求1所述的一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法，其特征在于，传统电光调Q晶体通常是采用圆柱状结构，常见的电光调Q激光器采用的是圆柱状电光晶体，由于圆柱状电光晶体自身的双折射效应，使其热退偏非常明显，严重影响了电光晶体的开关特性，制约了电光调Q激光器平均输出功率的提高；
对于传统的圆柱状KD*P电光晶体，采用z切割、加纵向电场；电光晶体未加电场时，电光晶体内部由于有温度场梯度，会出现由剪切应力引起的双折射；对-42m结构的KD*P晶体，其折射率椭球发生变形，在垂直于通光z轴的面上将形成新的主轴折射率nx’和ny’，且随半径r和方位角θ变化；对于方形结构电光晶体，由于其特殊结构，晶体内部温度分布和热应力发生变化，剪切应力远小于圆柱形晶体，其折射率椭球变形程度小于前者，从而使该特殊结构的KD*P晶体热退偏小于圆柱形KD*P晶体，改善了电光晶体的开关特性，提高了电光调Q激光器的平均输出功率。
3.根据权利要求1所述的一种提高电光调Q激光器平均输出功率的方法，其特征在于，将该方形KD*P晶体应用于激光器中；该激光器采用常规的直腔降压式电光调Q的结构；调节激光器的腔镜，使其在自由运转时达到最佳状态，插入起偏器，微调，使其与光轴夹角为布诺斯特角度53°；在靠近输出耦合镜一端加入特殊结构的方形KD*P晶体，细调电光晶体，使其在加纵向半波电压时能完全关断激光输出；半导体激光脉冲泵浦模块的触发和电光Q开关的触发采用同一个脉冲发生器,使它们相互之间延时同步匹配；在相同条件下，搭建采用传统的圆柱状KD*P晶体作为电光开关的调Q激光器。
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