CN107046224B - 脉冲泵浦主动调q输出双脉宽脉冲的激光器 - Google Patents

Abstract

一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：一脉冲泵浦源：一耦合装置，其输入端与脉冲泵浦源的输出端连接；一激光谐振腔，其位于耦合装置的输出光路上；一光电传感器，其位于激光谐振腔的输出光路上；一控制器，其输入端与光电传感器的输出端连接，该控制器的一输出端口1与激光谐振腔一输入端连接，该控制器的另一输出端口2与脉冲泵浦源的输入端连接。本发明可产生脉冲泵浦控制的宽脉冲和主动调Q控制的窄脉冲交替输出的特性。

Description

脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器

技术领域

本发明涉及一种脉冲泵浦主动调Q激光器，特别是脉冲泵浦和主动调Q联合控制输出双脉宽脉冲的激光器。

背景技术

脉冲泵浦主动调Q固体激光器，主要由脉冲泵浦源，激光工作介质和主动调Q器件组成。脉冲泵浦源发射脉冲泵浦光，通过端面或者侧面泵浦照射激光工作介质由于脉冲泵浦的峰值功率较高，泵浦速率很高，激光增益介质很快达到并超过阈值，产生受激辐射，产生一巨脉冲。由于脉冲泵浦源值只存在受激辐射阶段，其输出激光脉宽与泵浦脉宽有关。其输出的脉冲一般较快Q窄。

Q调制原理：通过调制激光谐振腔内的损耗因子，使其按照规定的程序变化，在泵浦刚开始时，先积累反转粒子数，然后，腔内损耗因子降低，阈值随之降低，反转集居数大大超过阈值，受激辐射随之增强。存在两个阶段，储能阶段和受激辐射阶段。激光工作介质将泵浦能量转化为激光能量。主动调Q元件主要用于控制腔内的损耗，以实现激光脉冲的输出。

主动调Q的基本原理：谐振腔损耗由外部驱动源控制，称为主动调Q。包括转动调Q、电光调Q、和声光调Q。便于调节。

脉冲泵浦主动调Q激光器加压时间受控制器集中控制，而控制器与光电传感器相连，根据信号的反馈信息来调节控制器的工作状态，及脉冲泵浦源和主动调Q器件相对于脉冲泵浦源之间的延时，使其能够实现脉冲泵浦发挥作用输出宽脉宽脉冲和主动调Q元件控制的窄脉宽脉冲交替稳定输出激光。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲交替出现的激光器，可产生脉冲泵浦控制的宽脉冲和主动调Q控制的窄脉冲交替输出的特性。

本发明提供一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：

一脉冲泵浦源：

一耦合装置，其输入端与脉冲泵浦源的输出端连接；

一激光谐振腔，其位于耦合装置的输出光路上；

一光电传感器，其位于激光谐振腔的输出光路上；

一控制器，其输入端与光电传感器的输出端连接，该控制器的一输出端口1与激光谐振腔一输入端连接，该控制器的另一输出端口2与脉冲泵浦源的输入端连接。

本发明还提供一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：

一脉冲泵浦源：

一激光谐振腔，其一输入端与脉冲泵浦源的输出端连接；

一光电传感器，其输入端位于激光谐振腔的输出光路上；

一控制器，其输入端与光电传感器的输出端连接，该控制器的一输出端口1与激光谐振腔另一输入端连接；该控制器的另一输出端口2与脉冲泵浦源的输入端连接。

本发明的有益效果是，采用本发明的脉冲泵浦主动调Q激光器，其调Q过程可以通过主动调Q器件来进行控制，从而实现窄脉宽脉冲的输出。脉冲泵浦单独控制时，主动调Q器件处于关断期间，不发挥作用，脉冲泵浦发挥作用，输出宽脉冲；当主动调Q器件工作时，其发挥主要作用，输出窄脉宽脉冲；主动调Q的开关时间根据光电传感器的反馈信号进行调节，达到宽窄脉冲的交替出现。

附图说明

为了进一步说明本发明的内容，下面结合实例及附图对本发明进行进一步的说明，其中：

图1是本发明第一实施例的结构示意图；

图2是本发明第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1第一实施案例结构示意图所示，本发明提供一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：

一脉冲泵浦源10，所述的脉冲泵浦源10包括半导体激光器；脉冲泵浦源10提供泵浦脉冲，其脉冲宽度为250μs，功率为120W，中心波长808nm，重复频率(10Hz-1kHz)可调，其作用为当其单独工作时，激光器输出宽激光脉冲，重复频率与泵浦脉冲频率一样；脉冲泵浦源10的输入端与后续的控制器14的一输出端2相连，其工作状态受控制器14的控制；其输出端与耦合装置11相连；

一耦合装置11，其输入端与脉冲泵浦源10的输出端连接；耦合装置11为耦合光纤或耦合透镜组，其作用为脉冲泵浦源10出射的泵浦脉冲进行光束准直、聚焦，使泵浦光入射到激光增益介质122上的光斑大小与激光谐振腔的光斑相匹配；第一实施案例采用1∶1的耦合透镜组。

一激光谐振腔12，其位于耦合装置11的输出光路上；

其中所述的激光谐振腔12包括：

本案例一采用平平腔：一前腔镜121、一激光增益介质122、一主动调Q器件123和一后腔镜124组成，其中该前腔镜121、激光增益介质122、主动调Q器件123和后腔镜124依序位于同一光路上；

激光谐振腔12的腔型可以为平平腔(即前后端镜都为平面镜)、平凹腔(即前腔面为平面镜，后端面为凹面镜)、平凸腔(即前腔面为平面镜，后端面为凸面镜)、凹平腔(即前腔面为凹面镜，后端面为平面镜)、凸平腔(即前腔面为凸面镜，后端面为平面镜)、凹凹腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凹面镜)、凹凸腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凸面镜)、凸凹腔(即前腔面为凸面镜，后端面为凹面镜)、凹凸腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凸面镜)凸凸腔(即前腔面为凸面镜，后端面为凸面镜)，或者为其他腔型；

其中所述的激光增益介质122是脉冲泵浦源10的增益介质，激光增益介质122的增益介质的材料是Nd：YVO₄、Nd：YAG、Nd：YAP、Er：YAG、Cr：YAG、Nd：glass、Yb：glass、Er：glass或Ti：sapphire等可以产生激光的增益介质，其可以通过吸收泵浦脉冲产生粒子数反转，通过谐振腔产生脉冲激光，第一实施案例采用Nd：YVO4作为增益介质材料；

激光谐振腔12内的主动调Q器件123是声光调制器、电光调制器或转镜调Q；

主动调Q器件123位于激光谐振腔12中，与前腔镜121、激光增益介质122、主动调Q器件123、后腔镜124依序位于同一光路上，主动调Q器件控制谐振腔内的损耗因子，以产生激光脉冲，所述的主动调Q器件是声光调Q器件，其产生的脉冲宽度在0.01ns-1ms之间；第一实施案例采用声光调Q器件作为主动调Q器件；

一光电传感器13是光电倍增管、雪崩光电二极管、PIN光电二极管、光电晶体管、条纹管、场效应管、光敏电阻或电荷耦合设备；其输入端探测激光谐振腔12的输出激光，其输出端与后续的控制器14的输入端相连，将探测的光信号转化为电信号传递控制器14；第一实施案例采用InGaAs(PIN)光电探测器作为光电传感器13；

一控制器14，其输入端与光电传感器13的输出端连接，接收光电传感器13的电信号，对电信号进行分析，调节主动调Q器件123和脉冲泵浦源10的工作状态；

该控制器14的一输出端口1与激光谐振腔12一输入端连接，该输入端与主动调Q器件123相连，控制器14可以控制主动调Q器件123的开关状态、重复频率等；该控制器14的另一输出端口2与脉冲泵浦源10的输入端连接，该控制器14可以控制脉冲泵浦源10的开关状态、重复频率等；同时控制器14可以控制主动调Q器件123与脉冲泵浦源10之间的延时，使输出的脉冲脉宽、重复频率可调，输出脉冲稳定有序。

本发明输出的宽脉冲由脉冲泵浦源10控制，脉宽为1ns-ms量级，窄脉宽脉冲由主动调Q器件123控制，其脉宽为0.01ns-μs量级。

请参阅图2第二实施案例示意图所示，本发明提供一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：

一脉冲泵浦源10，所述的脉冲泵浦源10包括半导体激光器或闪光灯；第二实施案例采用脉冲泵浦源10，其输出的泵浦脉冲与激光谐振腔12的一输入端口相连，泵浦脉冲直接入射到激光增益介质122；

一激光谐振腔12，其一输入端与脉冲泵浦源10的输入端口2连接，其中所述的激光谐振腔12包括：

一前腔镜121、一激光增益介质122、一主动调Q器件123和一后腔镜124组成，其中该前腔镜121、激光增益介质122、主动调Q器件123和后腔镜124依序位于同一光路上；

激光谐振腔12的腔型可以为平平腔(即前后端镜都为平面镜)、平凹腔(即前腔面为平面镜，后端面为凹面镜)、平凸腔(即前腔面为平面镜，后端面为凸面镜)、凹平腔(即前腔面为凹面镜，后端面为平面镜)、凸平腔(即前腔面为凸面镜，后端面为平面镜)、凹凹腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凹面镜)、凹凸腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凸面镜)、凸凹腔(即前腔面为凸面镜，后端面为凹面镜)、凹凸腔(即前腔面为凹面镜，后端面为凸面镜)凸凸腔(即前腔面为凸面镜，后端面为凸面镜)，或者为其他腔型；

其中所述的激光增益介质122是脉冲泵浦源10的增益介质，激光增益介质122的增益介质的材料是Nd：YVO₄、Nd：YAG、Nd：YAP、Er：YAG、Cr：YAG、Nd：glass、Yb：glass、Er：glass或Ti：sapphire等可以产生激光的增益介质，其可以通过吸收泵浦脉冲产生粒子数反转，通过谐振腔产生脉冲激光，第二实施案例采用Nd：YAG作为增益介质材料；

其中所述的主动调Q器件123是声光调制器、电光调制器或转镜调Q；

一光电传感器13是光电倍增管、雪崩光电二极管、PIN光电二极管、光电晶体管、条纹管、场效应管、光敏电阻或电荷耦合设备；其输入端探测激光谐振腔12的输出激光，其输出端与后续的控制器14的输入端相连，将探测的光信号转化为电信号传递控制器14；第二实施案例采用InGaAs(PIN)光电探测器作为光电传感器13；

一控制器14，其输入端与光电传感器13的输出端连接，接收光电传感器13的电信号，对电信号进行分析，调节主动调Q器件123和脉冲泵浦源10的工作状态；

该控制器14的一输出端口1与激光谐振腔12一输入端连接，该输入端与主动调Q器件123相连，控制器14可以控制主动调Q器件123的开关状态、重复频率等；该控制器14的另一输出端口2与脉冲泵浦源10的输入端连接，该控制器14同时可以控制脉冲泵浦源10的开关状态、重复频率等；同时控制器14可以控制主动调Q器件123与脉冲泵浦源10之间的延时，使输出的脉冲脉宽、重复频率可调，输出脉冲稳定有序。

本发明输出的宽脉冲由脉冲泵浦源10控制，脉宽为1ns-ms量级，窄脉宽脉冲由主动调Q器件123控制，其脉宽为0.01ns-μs量级。

工作方式：

参阅第一实施案例图1所示，本发明通过控制器14对脉冲泵浦10和主动调Q器件123的工作状态进行控制，得到脉冲泵浦源10单独工作、主动调Q器件不工作时，产生的宽脉宽脉冲；当脉冲泵浦源10和主动调Q器件123同时工作时，产生窄脉宽脉冲；通过控制器14，调节脉冲泵浦源10和主动调Q器件123之间的延时，得到稳定的宽脉宽脉冲、窄脉宽脉冲的双脉宽脉冲输出激光器。

1.按照第一实施案例图示进行安装；

2.打开控制器14，调节使脉冲泵浦源10开始工作，出射泵浦脉冲，经过耦合装置11，入射到激光谐振腔12里面的激光增益介质122，此时主动调Q器件处于不工作状态，经过谐振腔12的震荡，产生宽脉宽脉冲；

3.通过控制器14，调节主动调Q器件123处于工作状态，脉冲泵浦源10和主动调Q器件123同时工作时，激光工作介质122先进行能量储存，再进行能量的释放，产生窄脉宽脉冲；

4.激光谐振腔12产生的激光，经光电传感器13探测，将光信号转化为电信号传递给控制器14，控制器14接收到脉冲信号后，调节主动调Q器件123和泵浦脉冲源10的工作参数；同时对主动调Q器件123与脉冲泵浦源10之间的延时进行调节；控制器14控制主动调Q器件123在脉冲泵浦源10出射的相同脉冲间隔的脉冲间周期性工作，产生周期性的宽窄脉冲。

5.光电传感器3探测激光脉冲，返回步骤2，对控制器10进行精确调节，产生周期性的宽窄双脉宽脉冲。

参见图1，脉冲泵浦源10采用光纤耦合的二极管激光器，波长为808nm，经过透镜组(耦合装置11)，经过激光谐振腔12前腔镜121入射到激光增益介质122。激光谐振腔12采用平平腔，前端镜121镀1064nm高反，808高透，后端镜124镀透过率10％，反射率90％的反射镜，用于激光输出。激光增益介质122为Nd：YVO₄，掺杂浓度为0.5％，晶体长度为10mm，前后表面镀808nm和1064nm的增透膜。主动调Q器件123采用声光调制器，光电传感器13采用InGaAs(PIN)光电探测器。

打开控制器14，调节脉冲泵浦源10出射的脉冲泵浦光重复频率为1kHz、泵浦脉冲宽度为250μs，经过耦合装置11对激光晶体122Nd：YVO₄进行泵浦。此时只有脉冲泵浦源10发挥作用，进行受激辐射，产生宽脉宽脉冲，产生脉宽为100μs。

光电传感器13接受脉冲激光，反馈给控制器14，控制器14调节声光调Q器件123的工作状态，使声光调Q器件123在脉冲泵浦源10的间隔泵浦脉冲间进行工作。声光调Q器件123工作时，发挥主要作用，产生窄脉宽激光脉冲，脉宽为100ns。

当声光调Q器件123，在相同间隔泵浦脉冲中工作时，如果设置声光器件123的重频低，则产生一个窄脉冲，一个宽脉冲，一个窄脉冲周期性双脉宽脉冲串；如果重频高，则可以产生几个窄脉冲，一个宽脉冲，几个窄脉冲的双脉宽脉冲串。

光电传感器13接受出射脉冲，反馈到控制器14，调节声光调Q器件123与脉冲泵浦源10之间的延时，调节声光调Q器件123的参数，产生稳定的周期性双脉宽激光脉冲。

以上所述的具体实施，对本发明目的、技术方案和效果进行了进一步的详细说明，应理解的是，以上所述为本发明的具体实施案例而已，并不是用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则内，所做的任何修改、等同变换、改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：

一脉冲泵浦源：

一耦合装置，其输入端与脉冲泵浦源的输出端连接；

一激光谐振腔，其位于耦合装置的输出光路上，包括一主动调Q器件；

一光电传感器，其位于激光谐振腔的输出光路上；

一控制器，其输入端与光电传感器的输出端连接，该控制器的一输出端口与激光谐振腔一输入端连接，该控制器的另一输出端口与脉冲泵浦源的输入端连接；

其中，光电传感器将探测的光信号转化为电信号传递给控制器，该控制器对主动调Q器件和脉冲泵浦源的工作状态进行控制，得到双脉宽脉冲的激光输出。

2.一种脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，包括：

一脉冲泵浦源：

一激光谐振腔，其一输入端与脉冲泵浦源的输出端连接，包括一主动调Q器件；

一光电传感器，其输入端位于激光谐振腔的输出光路上；

一控制器，其输入端与光电传感器的输出端连接，该控制器的一输出端口与激光谐振腔另一输入端连接；该控制器的另一输出端口与脉冲泵浦源的输入端连接；

其中，光电传感器将探测的光信号转化为电信号传递给控制器，该控制器对主动调Q器件和脉冲泵浦源的工作状态进行控制，得到双脉宽脉冲的激光输出。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的激光谐振腔还包括：

一前腔镜、一激光增益介质、和一后腔镜，其中该前腔镜、激光增益介质、主动调Q器件和后腔镜依序位于同一光路上。

4.根据权利要求3所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的激光增益介质是脉冲泵浦源的增益介质。

5.根据权利要求4所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的激光增益介质的材料是Nd:YVO₄、Nd:YAG、Nd:YAP、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass或Ti:sapphire。

6.根据权利要求1或2所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的主动调Q器件是声光调制器、电光调制器或转镜调Q。

7.根据权利要求1或2所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的控制器是脉冲泵浦源和主动调Q器件电源，该控制器控制脉冲泵浦源和主动调Q器件的工作状态，同时控制主动调Q器件与脉冲泵浦源之间的延时，使输出的脉冲脉宽、重复频率可调，输出脉冲稳定有序。

8.根据权利要求1或2所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的脉冲泵浦源包括半导体激光器或闪光灯。

9.根据权利要求1或2所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中所述的光电传感器是光电倍增管、雪崩光电二极管、PIN光电二极管、光电晶体管、条纹管、场效应管、光敏电阻或电荷耦合设备，其可对输出脉冲进行检测反馈到控制器上。

10.根据权利要求1或2所述的脉冲泵浦主动调Q输出双脉宽脉冲的激光器，其中输出的宽脉冲由脉冲泵浦源控制，脉宽为1ns-ms量级，窄脉宽脉冲由主动调Q器件控制，其脉宽为0.01ns-μs量级。

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