CN105762637B - 一种改善调q性能的调q激光器 - Google Patents

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Abstract

一种改善调Q性能的调Q激光器，涉及激光器领域，解决了现有调Q激光器存在的激光脉冲宽、调Q效率低的问题。该调Q激光器包括全反镜一、90度偏振旋转电光开关、激光增益介质、偏振片、电光调Q开关、输出镜、全反镜二和泵浦源。当将电光调Q开关电压快速退到0，同时对90度偏振旋转电光开关快速施加1/4电压时，对应激光器谐振腔泵浦阈值时的激光反转粒子数降低为普通调Q激光器的一半，加大了激光反转粒子数与对应激光器谐振腔泵浦阈值时的激光反转粒子数差值，从而实现巨脉冲激光输出，具有激光脉冲窄、调Q效率高的特点。

Description

一种改善调Q性能的调Q激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种改善调Q性能的调Q激光器。
背景技术
调Q激光器在激光测距、照明、打标、雕刻、军事和医疗等领域广泛应用。近年来，新波长激光器诸如2微米波段激光器成为激光器发展的一个热点，由于这些波长激光器，激光晶体受激发射截面与1064nm常规激光晶体相比小1～2个数量级，在激光输出上，激光器输出镜透过率很低，通常为5～10％左右，在此基础上进行调Q，反转粒子数虽然积累较多，但激光增益不大，由于激光器谐振腔泵浦阈值与增益相差不大，不能将反转粒子充分释放，调Q效率较低。
发明内容
为了解决现有调Q激光器存在的激光脉冲宽、调Q效率低的问题，本发明提供一种改善调Q性能的调Q激光器。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
本发明的一种改善调Q性能的调Q激光器，包括：全反镜一、90度偏振旋转电光开关、激光介质、偏振片、电光调Q开关、输出镜、全反镜二和泵浦源；
所述泵浦源发出的泵浦光照射至激光介质，在泵浦开始时刻，对电光调Q开关施加1/4电压，对90度偏振旋转电光开关不施加电压，由于90度偏振旋转电光开关电压为0，不改变光的偏振方向；
当激光介质的增益达到最大值时，将电光调Q开关电压退到0，同时对90度偏振旋转电光开关快速施加1/4电压，通过偏振片的作用使靠近输出镜的偏振为水平P偏振，水平P偏振光依次经电光调Q开关、偏振片高透、激光介质放大、90度偏振旋转电光开关作用后变成圆偏振光，依次经全反镜一反射、90度偏振旋转电光开关作用后变成垂直S偏振光，依次经激光介质放大、偏振片高反射作用后入射至激光器谐振腔外的全反镜二，经全反镜二反射回激光器谐振腔内，垂直S偏振光经偏振片高反射作用后入射至由激光介质、90度偏振旋转电光开关、全反镜一组成的支路中；
垂直S偏振光依次经激光介质放大、90度偏振旋转电光开关的旋转90度作用后变成圆偏振光，圆偏振光经全反镜一反射后入射至90度偏振旋转电光开关后变成水平P偏振光，水平P偏振光依次经激光介质放大、偏振片高透、电光调Q开关作用后入射至输出镜，经输出镜反射再次进入电光调Q开关，按照上述过程完成一次完整振荡，最终通过输出镜输出巨脉冲激光。
进一步的，当对电光调Q开关施加1/4电压，同时对90度偏振旋转电光开关不施加电压时，激光介质的增益积累到最大；当将电光调Q开关电压退到0，同时对90度偏振旋转电光开关施加1/4电压时，阈值增益降低为普通调Q激光器的一半，加大初始增益与阈值增益差值，从而实现巨脉冲激光输出
进一步的，所述全反镜一和全反镜二表面均镀有1064nm激光输出波长完全反射膜或946nm激光输出波长完全反射膜。
进一步的，所述90度偏振旋转电光开关和电光调Q开关的作用是将线偏光偏振方向90度旋转，均采用LiNbO3、RTP或KD*P，具有实现光路偏振方向主动控制的优点。
进一步的，所述激光介质各向同性晶体，具体采用Nd:YAG晶体。
进一步的，所述偏振片的作用是对水平P偏振光高透、对垂直S偏振光高反，采用格兰棱镜、布儒斯特片和PBS偏振分光棱镜。
进一步的，所述输出镜表面镀有1064nm部分反射膜。
进一步的，所述泵浦源采用闪光灯或半导体侧面泵浦。
本发明的有益效果是：本发明的优点在于能够有效改善低增益均匀介质的调Q激光效率。本发明中，泵浦开始时，将电光调Q开关电压快速退到1/4电压，同时90度偏振旋转电光开关电压0时，激光介质增益逐渐增加，提高激光器调Q初始阈值，当激光介质增益达到最大时，将电光调Q开关电压快速退到0，同时对90度偏振旋转电光开关快速施加1/4电压，实现阈值增益降低为普通调Q激光器装置的一半，加大了初始增益与阈值增益差值，从而实现巨脉冲激光输出。
本发明利用调Q激光器的特点，将激光介质增益积累到最大，然后瞬间降低激光器阈值增益，实现巨脉冲激光输出，具有激光脉冲窄、调Q效率高的特点。
附图说明
图1为本发明的一种改善调Q性能的调Q激光器的结构示意图。
图中：1、全反镜一，2、90度偏振旋转电光开关，3、激光介质，4、偏振片，5、电光调Q开关，6、输出镜，7、全反镜二，8、泵浦源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明的一种改善调Q性能的调Q激光器，主要包括：全反镜一1、90度偏振旋转电光开关2、激光介质3、偏振片4、电光调Q开关5、输出镜6、全反镜二7和泵浦源8。全反镜一1、90度偏振旋转电光开关2、激光介质3、偏振片4、电光调Q开关5、输出镜6依次排列，通过偏振片4的作用形成一条支路，全反镜二7位于此支路中。
泵浦源8发出的泵浦光照射至激光介质3，在泵浦开始时刻(激光开始泵浦时)，对电光调Q开关5施加1/4电压，而对90度偏振旋转电光开关2不施加电压(由于90度偏振旋转电光开关2电压为0，不改变光的偏振方向)，此时全反镜一1、90度偏振旋转电光开关2、激光介质3、偏振片4、电光调Q开关5、输出镜6组成典型的调Q激光器，由于电光调Q开关5施加1/4电压作用，调Q激光器装置谐振腔损耗非常大，随着泵浦时间的增加，激光介质3的增益增加，直到最大值。
当激光反转粒子数积累达到最大时即激光介质3的增益达到最大值时，瞬间将电光调Q开关5电压快速退到0，同时对90度偏振旋转电光开关2快速施加1/4电压，由于偏振片4对水平P偏振光具有高透过作用、对垂直S偏振光具有高反射作用，使靠近输出镜6附近的偏振为水平P偏振，水平P偏振光依次经过电光调Q开关5(由于电光调Q开关5的电压为0，水平P偏振光的偏振方向保持不变)、偏振片4高透、激光介质3放大、90度偏振旋转电光开关2作用后变成圆偏振光，圆偏振光依次经过全反镜一1反射、90度偏振旋转电光开关2作用后变成垂直S偏振光，垂直S偏振光依次经过激光介质3放大、偏振片4高反射作用后入射至激光器谐振腔外的全反镜二7，垂直S偏振光经全反镜二7反射回激光器谐振腔内，由于偏振片4对水平P偏振光具有高透过作用、对垂直S偏振光具有高反射作用，因此，垂直S偏振光经过偏振片4高反射作用后入射至由激光介质3、90度偏振旋转电光开关2、全反镜一1组成的支路中。
此时垂直S偏振光依次经过激光介质3放大、90度偏振旋转电光开关2的旋转90度作用后变成圆偏振光，圆偏振光经过全反镜一1反射后入射至90度偏振旋转电光开关2，偏振方向变为水平P偏振，水平P偏振光依次经过激光介质3放大、偏振片4高透、电光调Q开关5(由于电光调Q开关5的电压为0，水平P偏振光的偏振方向保持不变)作用后入射至输出镜6，水平P偏振光经过输出镜6反射再次进入电光调Q开关5，按照上述过程完成依次往返一周的循环，形成一次完整振荡过程，最终通过输出镜6输出巨脉冲激光。
当对电光调Q开关5施加1/4电压，同时对90度偏振旋转电光开关2不施加电压时，将激光介质的增益积累到最大；当将电光调Q开关5电压快速退到0，同时对90度偏振旋转电光开关2快速施加1/4电压时，对应阈值增益降低为普通调Q激光器的一半，加大了初始增益与阈值增益差值，从而实现巨脉冲激光输出。
本实施方式中，全反镜一1表面镀有1064nm或946nm等激光输出波长完全反射膜；全反镜二7表面镀有1064nm或946nm等激光输出波长完全反射膜。
本实施方式中，90度偏振旋转电光开关2和电光调Q开关5的作用是：将线偏光偏振方向90度旋转，均可以采用LiNbO3、RTP或KD*P等，具有实现光路偏振方向主动控制的优点。
本实施方式中，激光介质3可以采用Nd:YAG等各向同性晶体，价格低廉。
本实施方式中，偏振片4的作用是对水平P偏振光高透、对垂直S偏振光高反，可以采用格兰棱镜、布儒斯特片和PBS偏振分光棱镜等。
本实施方式中，输出镜6表面镀有1064nm等激光输出波长的部分反射膜，参数可变。
本实施方式中，泵浦源8可以采用闪光灯或半导体侧面泵浦，可以是连续泵浦或者脉冲泵浦。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，包括：全反镜一(1)、90度偏振旋转电光开关(2)、激光介质(3)、偏振片(4)、电光调Q开关(5)、输出镜(6)、全反镜二(7)和泵浦源(8)；
所述泵浦源(8)发出的泵浦光照射至激光介质(3)，在泵浦开始时刻，对电光调Q开关(5)施加1/4电压，对90度偏振旋转电光开关(2)不施加电压，由于90度偏振旋转电光开关(2)电压为0，不改变光的偏振方向；
当激光介质(3)的增益达到最大值时，将电光调Q开关(5)电压退到0，同时对90度偏振旋转电光开关(2)快速施加1/4电压，通过偏振片(4)的作用使靠近输出镜(6)的偏振为水平P偏振，水平P偏振光依次经电光调Q开关(5)、偏振片(4)高透、激光介质(3)放大、90度偏振旋转电光开关(2)作用后变成圆偏振光，依次经全反镜一(1)反射、90度偏振旋转电光开关(2)作用后变成垂直S偏振光，依次经激光介质(3)放大、偏振片(4)高反射作用后入射至激光器谐振腔外的全反镜二(7)，经全反镜二(7)反射回激光器谐振腔内，垂直S偏振光经偏振片(4)高反射作用后入射至由激光介质(3)、90度偏振旋转电光开关(2)、全反镜一(1)组成的支路中；
垂直S偏振光依次经激光介质(3)放大、90度偏振旋转电光开关(2)的旋转90度作用后变成圆偏振光，圆偏振光经全反镜一(1)反射后入射至90度偏振旋转电光开关(2)后变成水平P偏振光，水平P偏振光依次经激光介质(3)放大、偏振片(4)高透、电光调Q开关(5)作用后入射至输出镜(6)，经输出镜(6)反射再次进入电光调Q开关(5)，按照上述过程完成一次完整振荡，最终通过输出镜(6)输出巨脉冲激光。
2.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，当对电光调Q开关(5)施加1/4电压，同时对90度偏振旋转电光开关(2)不施加电压时，激光介质的增益积累到最大；当将电光调Q开关(5)电压退到0，同时对90度偏振旋转电光开关(2)施加1/4电压时，阈值增益降低为普通调Q激光器的一半，加大初始增益与阈值增益差值，从而实现巨脉冲激光输出。
3.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，所述全反镜一(1)和全反镜二(7)表面均镀有1064nm激光输出波长完全反射膜或946nm激光输出波长完全反射膜。
4.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，所述90度偏振旋转电光开关(2)和电光调Q开关(5)的作用是将线偏光偏振方向90度旋转，均采用LiNbO3、RTP或KD*P，具有实现光路偏振方向主动控制的优点。
5.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，所述激光介质(3)采用Nd:YAG晶体。
6.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，所述偏振片(4)的作用是对水平P偏振光高透、对垂直S偏振光高反，采用格兰棱镜、布儒斯特片和PBS偏振分光棱镜。
7.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，所述输出镜(6)表面镀有1064nm部分反射膜。
8.根据权利要求1所述的一种改善调Q性能的调Q激光器，其特征在于，所述泵浦源(8)采用闪光灯或半导体侧面泵浦。
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