CN107681422A - 一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，属于激光技术领域，所述脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器包括第一全反镜、电光调Q晶体、偏振片、激光棒、第二全反镜、平行全反镜组和输出镜；第一全反镜、电光调Q晶体、偏振片、激光棒和第二全反镜按顺序共轴地设置在一条直线上，平行全反镜组和输出镜位于激光棒发出的激光束所在的轴线之外，第一全反镜和输出镜构成激光谐振腔，平行全反镜组包括互相平行的第三全反镜和第四全反镜，第二全反镜连接有旋钮或/和平行全反镜组连接有调距装置，旋钮用于带动第二全反镜做旋转运动，调距装置用于调节第三全反镜和第四全反镜之间的距离，第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜和第四全反镜均镀波长为1064nm的全反膜。
Description
技术领域
本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器。
背景技术
固体激光器被广泛应用在激光诱导击穿光谱领域中，利用高能量脉冲激光烧蚀样品材料，使材料表面的微量样品瞬间气化形成高温、高密度的等离子体，测量等离子体原子发射光谱中的谱线波长和强度，可以完成样品材料所含化学元素的定性和定量分析。目前，应用在该领域的1064nm波段固体激光器的激光脉宽通常为4-20ns，近几年，随着激光诱导击穿光谱的快速发展，需要脉宽在ns量级范围内可调范围和峰值功率较大的激光器，现有的单一脉宽激光已经不能满足在该领域的需求。
发明内容
为了解决现有技术中1064nm波段固体激光器的激光脉宽范围不可调的问题，本发明提供了一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，所述脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器包括第一全反镜、电光调Q晶体、偏振片、激光棒、第二全反镜、平行全反镜组和输出镜；
第一全反镜、电光调Q晶体、偏振片、激光棒和第二全反镜按顺序共轴地设置在一条直线上，平行全反镜组和输出镜位于所述激光棒发出的激光束所在的轴线之外，第一全反镜和输出镜构成激光谐振腔，平行全反镜组包括互相平行的第三全反镜和第四全反镜，第二全反镜用于将激光反射给所述平行全反镜组的第三全反镜或者第四全反镜，输出镜用于将从所述平行全反镜组反射出的激光输出，所述第二全反镜连接有旋钮或/和所述平行全反镜组连接有调距装置，旋钮用于带动第二全反镜做旋转运动，调距装置用于调节第三全反镜和第四全反镜之间的距离，第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜和第四全反镜均镀波长为1064nm的全反膜。
所述第一全反镜为凹面全反镜。
所述第二全反镜为平面全反镜。
所述第三全反镜和所述第四全反镜均为平面全反镜。
所述输出镜的透过率为70％。
所述调距装置为推拉杆，推拉杆的输出杆与所述第三全反镜或所述第四全反镜连接。
本发明中的激光器，通过改变激光在平行全反镜组之间的反射次数或在平行全反镜组内反射的光程改变谐振腔的腔长，从而实现输出激光的脉宽可调，可根据激光诱导击穿光谱实验的需要调节出相应的激光脉宽，大大简化了实验设备，弥补了单一脉宽激光在该领域上的缺陷，补齐了短板，且本发明中的结构简单，便于操作，制作成本较低。
附图说明
图1是本发明提供的一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器的结构示意图；
图2是本发明提供的另一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器的结构示意图；
图3是本发明提供的又一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器的的结构示意图；
图4是本发明提供的激光器中的第二全反镜旋转不同角度的结构示意图。
其中，
1第一全反镜，2电光调Q晶体，3偏振片，4激光棒，5第二全反镜，6平行全反镜组，7输出镜，8第三全反镜，9第四全反镜，10旋钮，11调距装置。
具体实施方式
为了解决现有技术中1064nm波段固体激光器的激光脉宽范围不可调的问题，本发明提供了一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG(Neodymium-doped Yttrium AluminiumGarnet，钇铝石榴石晶体)固体激光器，该脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器包括第一全反镜1、电光调Q晶体2、偏振片3、激光棒4、第二全反镜5、平行全反镜组6和输出镜7；
第一全反镜1、电光调Q晶体2、偏振片3、激光棒4和第二全反镜5按顺序共轴地设置在一条直线上，即第一全反镜1、电光调Q晶体2、偏振片3、激光棒4和第二全反镜5是沿着激光棒4发出的激光束的传播方向布置的，激光棒4为Nd:YAG激光棒，即激活物质为钇铝石榴石晶体的激光棒，平行全反镜组6和输出镜7位于激光棒4发出的激光束所在的轴线之外，其中，第一全反镜1和输出镜7构成激光谐振腔，平行全反镜组6包括互相平行的第三全反镜8和第四全反镜9，第二全反镜5用于将激光反射给平行全反镜组6的第三全反镜8或者第四全反镜9，激光在第三全反镜8和第四全反镜9之间进行来回反射，输出镜7用于将从平行全反镜组6反射出的激光输出，在本发明中，如图1所示，第二全反镜5连接有旋钮10，或者，如题2所示，平行全反镜组6连接有调距装置11，或者，如图3所示，第二全反镜5连接有旋钮10同时平行全反镜组6连接有调距装置11，旋钮10用于带动第二全反镜5做旋转运动，调距装置11用于调节第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离，调距装置11为推拉杆，推拉杆的输出杆与第三全反镜8或第四全反镜9连接，当推拉杆的输出杆推出时，第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离减小，当推拉杆的输出杆拉回时，第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离变大，第一全反镜1、第二全反镜5、第三全反镜8和第四全反镜9均镀波长为1064nm的全反膜。
在本发明中，第一全反镜1为凹面全反镜，第二全反镜5为平面全反镜，第三全反镜8和第四全反镜9均为平面全反镜，输出镜7的透过率可以为70％。本发明中，电源开关与电光调Q晶体2的电线接口连接，从而将高压施加给电光调Q晶体2。激光棒4的尺寸可以选择φ8×120mm的激光棒，激光棒的两个端面镀1.064μm增透膜，为了避免激光介质热效应对激光棒4的损伤，可以为激光棒4布置水冷装置，采用循环水冷却方式对激光棒4进行冷却，冷却温度可以为20℃。
本发明中的脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器的使用原理如下：
打开水冷装置和电源开关，逐渐增加泵浦电压，当增益大于损耗达到阈值时，开始有激光输出，继续增加泵浦电压，使输出激光能量逐渐增加，直至输出的激光能量达到所需值；
如图1所示，若本发明中仅为第二全反镜5设置旋钮10，则在输出的激光能量达到所需值后缓慢旋转与第二全反镜5连接的旋钮10，当旋钮10带动第二全反镜5旋转不同角度时，激光在第三全反镜8和第四全反镜9之间的反射次数也会不同，例如，图1和图4中旋钮10带动第二全反镜5旋转的角度不同，图1中在平行全反镜组6内的反射次数即在第三全反镜8和第四全反镜9之间的反射次数是两次，图4中第三全反镜8和第四全反镜9之间的反射次数是一次，从平行全反镜组6中反射出的激光通过输出镜7输出，众所周知，当反射次数减少时，谐振腔的腔长会变短，当反射增多时，谐振腔的的腔长会变长，根据公式可以得知，谐振腔的腔长与输出的激光脉宽成正比，其中，Δt为输出激光脉宽，T为输出镜7的透过率，L为谐振腔除透射损耗之外的其他损耗，l为谐振腔的腔长，ni、nt、nf分别为初始、阈值和最终反转粒子数，c为真空中的光速，因此，当反射次数减少，谐振腔的腔长变短时，输出的激光脉宽会变窄，当反射次数增多，谐振腔的腔长变长时，输出的激光脉宽会变宽，因此，通过旋钮10带动第二全反镜5旋转不同的角度，可对激光脉宽进行调节，其中，第二全反镜5的旋转角度与激光在第三全反镜8和第四全反镜9之间的反射次数的关系可以根据实际所需的可调节脉宽范围进行合理的设计，通过合理的设计第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离、第三全反镜8和第四全反镜9的长度、输出镜7与平行全反镜组6之间的夹角，输出镜7与平行全反镜组6之间的距离，以使激光在平行全反镜组6之间的反射次数处在一定的范围，进而实现脉宽可以在一定范围内进行调节；
如图2所示，若本发明中仅为平行全反镜组6设置调距装置11，则在输出的激光能量达到所需值后控制调距装置11来改变第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离，当互相平行的第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离不同时，激光在第三全反镜8和第四全反镜9之间的光程也会不同，当第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离变大时，光程变长，当第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离变小时，光程变短，众所周知，当光程变长时谐振腔的腔长会变长，当光程变短时谐振腔的腔长会变短，再根据上述公式可以得到，谐振腔的腔长变长时，输出的激光脉宽会变宽，谐振腔的腔长变短时，输出的激光脉宽会变窄，因此，通过调节第三全反镜8和第四全反镜9之间的距离，能够实现对激光输出脉宽的调节，其中，第二全反镜5与激光棒4发出的水平激光束之间的角度、第三全反镜8和第四全反镜9的长度、输出镜7与平行全反镜组6之间的夹角，输出镜7与平行全反镜组6之间的距离可根据实际情况进行合理设计，以使激光在平行全反镜组6之间的光程处在一定的范围，进而实现脉宽可以在一定的范围内进行调节；
如图3所示，若本发明中为第二全反镜5设置旋钮10同时为平行全反镜组6设置调距装置11，则可以通过旋转旋钮10以及调整调距装置11同时对输出激光的脉宽进行调节。
本发明中的激光器，通过改变激光在平行全反镜组6之间的反射次数或在平行全反镜组6内反射的光程改变谐振腔的腔长，从而实现输出激光的脉宽可调，可根据激光诱导击穿光谱实验的需要调节出相应的激光脉宽，大大简化了实验设备，弥补了单一脉宽激光在该领域上的缺陷，补齐了短板，且本发明中的结构简单，便于操作，制作成本较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，其特征在于，所述脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器包括第一全反镜、电光调Q晶体、偏振片、激光棒、第二全反镜、平行全反镜组和输出镜；
第一全反镜、电光调Q晶体、偏振片、激光棒和第二全反镜按顺序共轴地设置在一条直线上，平行全反镜组和输出镜位于所述激光棒发出的激光束所在的轴线之外，第一全反镜和输出镜构成激光谐振腔，平行全反镜组包括互相平行的第三全反镜和第四全反镜，第二全反镜用于将激光反射给所述平行全反镜组的第三全反镜或者第四全反镜，输出镜用于将从所述平行全反镜组反射出的激光输出，所述第二全反镜连接有旋钮或/和所述平行全反镜组连接有调距装置，旋钮用于带动第二全反镜做旋转运动，调距装置用于调节第三全反镜和第四全反镜之间的距离，第一全反镜、第二全反镜、第三全反镜和第四全反镜均镀波长为1064nm的全反膜。
2.根据权利要求1所述的脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，其特征在于，所述第一全反镜为凹面全反镜。
3.根据权利要求1所述的脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，其特征在于，所述第二全反镜为平面全反镜。
4.根据权利要求1所述的脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，其特征在于，所述第三全反镜和所述第四全反镜均为平面全反镜。
5.根据权利要求1所述的脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，其特征在于，所述输出镜的透过率为70％。
6.根据权利要求1所述的脉宽纳秒范围可调的Nd:YAG固体激光器，其特征在于，所述调距装置为推拉杆，推拉杆的输出杆与所述第三全反镜或所述第四全反镜连接。
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