CN108521068A - 可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，包括第一反射镜模块、光电开关模块、增益介质模块、标准具模块以及第二反射镜模块；第一反射镜模块包括位于光路上的第一固定平面镜和多组第一全反射组件；光电开关模块包括沿光路依次设置的第二可旋转平面镜、第二固定平面镜、光电开关组件、第三固定平面镜以及第三可旋转平面镜；增益介质模块包括沿光路依次设置的第四固定平面镜、多组增益介质组件以及第五固定平面镜；标准具模块包括沿光路依次设置的第六可旋转平面镜、第六固定平面镜、标准具、第七固定平面镜以及第七可旋转平面镜。本发明可以同时调节激光的波长、脉冲宽度以及功率，实现激光器更好地运用。

Description

可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置

技术领域

本发明涉及激光器结构领域，尤其涉及一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置。

背景技术

激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发眀。激光的原理早在 1916 年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现，但直到 1960 年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的，它一问世，就获得了异乎寻常的飞快发展，激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且导致整个一门新兴产业的出现。激光可使人们有效地利用前所未有的先进方法和手段，去获得空前的效益和成果，从而促进了生产力的发展。

现在仅仅商用的激光器种类就有上千种，实验室中的更多。种类繁杂的激光器难于管理，浪费资源与金钱。同时大多数激光器功能单一，不能同时调节波长，调Q，和调节功率，从而导致激光器不能满足需要，或导致购买大量激光器，浪费了资源。尤其是实验室所用激光器不能连续变化参数很容易发现不了某些实验现象，产生不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，旨在用于解决现有的激光器功能单一，不能同时调节波长、脉冲宽度以及功率的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，包括依次设置于光路上的第一反射镜模块、光电开关模块、增益介质模块、标准具模块以及第二反射镜模块；所述第一反射镜模块包括位于光路上的第一固定平面镜和多组第一全反射组件，每组第一全反射组件包括相对设置的第一可旋转平面镜和第一全反射镜，各所述第一可旋转平面镜位于所述第一固定平面镜的出射光路上，各所述第一全反射镜的焦距不同；所述光电开关模块包括沿光路依次设置的第二可旋转平面镜、第二固定平面镜、光电开关组件、第三固定平面镜以及第三可旋转平面镜，所述光电开关组件包括起偏器和普克尔盒，所述普克尔盒的出光口一侧设置有可将光线反射到所述第二反射镜模块的第四可旋转平面镜；所述增益介质模块包括沿光路依次设置的第四固定平面镜、多组增益介质组件以及第五固定平面镜，多组所述增益介质组件并列设置，每组所述增益介质组件包括相对设置的两个第五可旋转平面镜以及位于两个第五可旋转平面镜之间的增益介质和泵浦源，各所述泵浦源的激励方式不同；所述标准具模块包括沿光路依次设置的第六可旋转平面镜、第六固定平面镜、标准具、第七固定平面镜以及第七可旋转平面镜。

进一步地，各所述增益介质的长度可以调节。

进一步地，所述第二反射镜模块包括沿光路依次设置的第八固定平面镜、多组第二全反射组件、多组部分反射组件以及第九固定平面镜，每组所述第二全反射组件包括第八可旋转平面镜和第二全反射镜，各所述第二全反射镜的焦距不同，每组所述部分反射组件包括相对设置的两个第九可旋转平面镜以及位于两个第九可旋转平面镜之间的部分反射镜，各所述部分反射镜的反射率和焦距不同，所述第二反射镜模块还包括用于接收所述第四可旋转平面镜反射的光的第十固定平面镜。

进一步地，还包括位于所述标准具模块之前或之后的光阑模块，所述光阑模块包括沿光路依次设置的第十可旋转平面镜、多组光阑组件以及第十一可旋转平面镜，所述多组光阑组件包括并列设置的第一光阑组件和第二光阑组件，所述第一光阑组件包括相对设置的两个第十二可旋转平面镜以及位于两个所述第十二可旋转平面镜之间的两个共焦透镜和第一光阑，所述第一光阑位于两个所述共焦透镜之间，所述第二光阑组件包括相对设置的两个第十三可旋转平面镜以及位于两个第十三可旋转平面镜之间且依次排列的凸透镜、凹透镜以及第二光阑。

进一步地，还包括位于所述第二反射镜模块之后的非线性光学模块，所述非线性光学模块包括沿光路依次设置的第十四可旋转平面镜、多组非线性光线透镜组件以及第十五可旋转平面镜，每组所述非线性光线透镜组件包括相对设置的两个第十六可旋转平面镜以及位于两个所述第十六可旋转平面镜之间非线性光线透镜，各所述非线性光线透镜的种类不同。

进一步地，还包括位于所述第二反射镜模块之后的衰减片模块，所述衰减片模块包括衰减率可调的衰减片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供的这种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，可以同时调节激光的波长、脉冲宽度以及功率，能代替许多功能单一的激光器，并使其有众多功能，实现激光器更好地运用。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的第一反射镜模块的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的光电开关模块的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的增益介质模块的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的光阑模块的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的标准具模块的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的第二反射镜模块的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的非线性光学模块的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的衰减片模块的结构示意图。

附图标记说明：1-第一反射镜模块、11-第一固定平面镜、12-第一可旋转平面镜、13-第一全反射镜、2-光电开关模块、21-第二可旋转平面镜、22-第二固定平面镜、23-起偏器、24-普克尔盒、25-第三固定平面镜、26-第三可旋转平面镜、27-第四可旋转平面镜、3-增益介质模块、31-第四固定平面镜、32-第五可旋转平面镜、33-增益介质和泵浦源、34-第五固定平面镜、4-光阑模块、41-第十可旋转平面镜、42-第十一可旋转平面镜、43-第十二可旋转平面镜、44-共焦透镜、45-第一光阑、46-第十三可旋转平面镜、47-凸透镜、48-凹透镜、49-第二光阑、5-标准具模块、51-第六可旋转平面镜、52-第六固定平面镜、53-标准具、54-第七固定平面镜、55-第七可旋转平面镜、6-第二反射镜模块、61-第八固定平面镜、62-第九固定平面镜、63-第八可旋转平面镜、64-第二全反射镜、65-第九可旋转平面镜、66-部分反射镜、67-第十固定平面镜、7-非线性光学模块、71-第十四可旋转平面镜、72-第十六可旋转平面镜、73-非线性光线透镜、74-第十五可旋转平面镜、8-衰减片模块、81-衰减片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，包括依次设置于光路上的第一反射镜模块1、光电开关模块2、增益介质模块3、光阑模块4、标准具模块5、第二反射镜模块6、非线性光学模块7以及衰减片模块8，所述第一反射镜模块1和所述第二反射镜模块6构成谐振腔。在其他实施例中，所述光阑模块4和所述标准具模块5的位置可以调换，所述非线性光学模块7和所述衰减片模块8的位置也可以调换。

如图2所示，所述第一反射镜模块1包括位于光路上的第一固定平面镜11和多组全反射组件，每组全反射组件包括相对设置的第一可旋转平面镜12和第一全反射镜13，各所述第一可旋转平面镜12位于所述第一固定平面镜11的出射光路上，各所述第一全反射镜13的焦距不同。各个第一可旋转平面镜12可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当某个第一可旋转平面镜12处于打开状态时，光线到达该第一可旋转平面镜12并反射到相应的第一全反射镜13上，当某个第一可旋转平面镜12处于关闭状态时，则光线直接通过，不进入相应的第一全反射镜13，从而可以通过控制各个第一可旋转平面镜12的打开和关闭状态来控制光线经过哪种焦距的第一全反射镜13进行反射，从而可以调节谐振腔的类型以实现不同种类的激光。

如图3所示，所述光电开关模块2包括沿光路依次设置的第二可旋转平面镜21、第二固定平面镜22、光电开关组件、第三固定平面镜25以及第三可旋转平面镜26，所述第二可旋转平面镜21和所述第三可旋转平面镜26相对设置，所述光电开关组件包括起偏器23和普克尔盒24，所述普克尔盒24的出光口一侧设置有可将光线反射到所述第二反射镜模块6的第四可旋转平面镜27。第二可旋转平面镜21和第三可旋转平面镜26可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当第二可旋转平面镜21和第三可旋转平面镜26处于关闭状态时，光线直接通过，不通过光电开关组件，当第二可旋转平面镜21和第三可旋转平面镜26处于关闭状态时，光线会通过反射进入起偏器23和普克尔盒24，同时，从普克尔盒24出射的光会通过第四可旋转平面镜27进入第二反射镜模块6，通过起偏器23和普克尔盒24组成的光电开关，可以实现调Q技术和腔倒空技术，从而调节激光的脉冲宽度和功率。

如图4所示，所述增益介质模块3包括沿光路依次设置的第四固定平面镜31、多组增益介质组件以及第五固定平面镜34，多组所述增益介质组件并列设置，每组所述增益介质组件包括相对设置的两个第五可旋转平面镜32以及位于两个第五可旋转平面镜32之间的增益介质和泵浦源33。所述第五可旋转平面镜32可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当某组增益介质组件的两个第五可旋转平面镜32处于打开状态时，光线会通过反射进入该组增益介质组件的增益介质和泵浦源33，从而可以通过控制各组增益介质组件的两个第五可旋转平面镜32的打开和关闭状态来控制光线通过哪一组增益介质和泵浦源33，各所述泵浦源的激励方式不同，包括光学激励、气体放电激励、化学激励、核能激励等，从而可以调节激光功率的大小；各所述增益介质的长度可以调节，包括利用温度、电流等来调节，增益介质的长度改变范围在微米量级，从而可以调节激光的光程，即改变谐振腔的长度，以实现不同种类的激光。

如图6所示，所述标准具模块5包括沿光路依次设置的第六可旋转平面镜51、第六固定平面镜52、标准具53、第七固定平面镜54以及第七可旋转平面镜55，所述第六可旋转平面镜51和所述第七可旋转平面镜55相对设置。所述第六可旋转平面镜51和所述第七可旋转平面镜55可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当所述第六可旋转平面镜51和所述第七可旋转平面镜55处于关闭状态时，光线可直接通过，不经过标准具53，当所述第六可旋转平面镜51和所述第七可旋转平面镜55处于打开状态时，光线会经过标准具53，从而可以通过控制所述第六可旋转平面镜51和所述第七可旋转平面镜55的打开和关闭状态来控制光线是否通过标准具53，标准具53的两个板之间的间距可以调节，从而可以调节激光的波长。

如图7所示，所述第二反射镜模块6包括沿光路依次设置的第八固定平面镜61、多组第二全反射组件、多组部分反射组件以及第九固定平面镜62，多组所述第二全反射组件以及多组所述部分反射组件并列设置，每组所述第二全反射组件包括第八可旋转平面镜63和第二全反射镜64，各所述第二全反射镜64的焦距不同，每组所述部分反射组件包括相对设置的两个第九可旋转平面镜65以及位于两个第九可旋转平面镜65之间的部分反射镜66，各所述部分反射镜66的反射率和焦距不同，所述第二反射镜模块6还包括用于接收所述第四可旋转平面镜27反射的光的第十固定平面镜67。各组第二全反射组件的两个第八可旋转平面镜63以及各组部分反射组件的两个第九可旋转平面镜65均可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当某组第二全反射组件的两个第八可旋转平面镜63处于打开状态时，光线会经过该组第二全反射组件的第二全反射镜64，当某组部分反射组件的两个第九可旋转平面镜65处于打开状态时，光线会经过该组部分反射组件的部分反射镜66，从而可以通过控制各组第二全反射组件的两个第八可旋转平面镜63以及各组部分反射组件的两个第九可旋转平面镜65的打开和关闭状态来控制光线经过哪一种第二全反射镜64或者哪一种部分反射镜66进行反射，从而可以调节谐振腔的类型以实现不同种类的激光。

如图5所示，所述光阑模块4包括沿光路依次设置的第十可旋转平面镜41、多组光阑组件以及第十一可旋转平面镜42，所述第十可旋转平面镜41和所述第十一可旋转平面镜42相对设置，所述多组光阑组件包括并列设置的第一光阑组件和第二光阑组件，所述第一光阑组件包括相对设置的两个第十二可旋转平面镜43以及位于两个所述第十二可旋转平面镜43之间的两个共焦透镜44和第一光阑45，所述第一光阑45位于两个所述共焦透镜44之间，通过在谐振腔内加入两个共焦透镜44，光束经聚焦后，再通过具有小孔的第一光阑45，只有那些沿轴向行进的平行光束，经聚焦后才通过小孔往返振荡，在其他方向上的光束，聚焦后被小孔阻截，即保持了小孔光阑的选模特性，又提高了工作物质的利用率，提高了激光输出功率。所述第二光阑组件包括相对设置的两个第十三可旋转平面镜46以及位于两个第十三可旋转平面镜46之间且依次排列的凸透镜47、凹透镜48以及第二光阑49，通过自谐振腔内插入一组凹凸镜组成的望远镜系统，将第二光阑49放在凹透镜的右边，这样避免实焦点。第二光阑49所在不是焦点位置，不会因为能量过于集中而损伤光阑材料，装置中凹透镜48的位置可以调节，相对于凸透镜47可以选择适当的离焦量，用以补偿激光棒的热透镜效应。第二光阑组件具有以下优点：能充分利用激光物质，获得大功率的基模输出；可以通过调节望远镜的离焦量得到热稳定性很好的激光输出；输出管大小适当，不至损伤光学元件。第十可旋转平面镜41、第十一可旋转平面镜42、第十二可旋转平面镜43以及第十三可旋转平面镜46可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当第十可旋转平面镜41和第十一可旋转平面镜42处于关闭状态时，光线可直接通过，不经过光阑组件，当第十可旋转平面镜41和第十一可旋转平面镜42处于打开状态且两个第十二可旋转平面镜43或者两个第十三可旋转平面镜46处于打开状态时，光线会通过相应的光阑组件，从而可以通过控制第十可旋转平面镜41、第十一可旋转平面镜42、第十二可旋转平面镜43以及第十三可旋转平面镜46的打开和关闭状态来控制光线是否通过光阑组件以及通过哪组光阑组件，以实现对激光横模的选取。

如图8所示，所述非线性光学模块7包括沿光路依次设置的第十四可旋转平面镜71、多组非线性光线透镜73组件以及第十五可旋转平面镜74，所述第十四可旋转平面镜71和所述第十五可旋转平面镜74相对设置，各组非线性光线透镜73组件并列设置，每组所述非线性光线透镜73组件包括相对设置的两个第十六可旋转平面镜72以及位于两个所述第十六可旋转平面镜72之间非线性光线透镜73，各所述非线性光线透镜73的种类不同。第十四可旋转平面镜71、第十五可旋转平面镜74以及第十六可旋转平面镜72均可通过控制其旋转角度而使其处于打开或关闭状态，当第十四可旋转平面镜71和第十五可旋转平面镜74处于关闭状态时，光线可直接通过，不经过非线性光学透镜，当第十四可旋转平面镜71和第十五可旋转平面镜74处于打开状态，且某组非线性光线透镜73组件的两个第十六可旋转平面镜72处于打开状态时，光线会通过反射进入该组非线性光线透镜73组的非线性光线透镜73，从而可以通过控制第十四可旋转平面镜71、第十五可旋转平面镜74以及第十六可旋转平面镜72的打开和关闭状态来控制光线是否通过非线性光线透镜73以及通过哪一种非线性光线透镜73，各个非线性光线透镜73的种类不同，即对激光波长的调节比例不同，从而可以按不同比例调节激光的波长。

如图9所示，所述衰减片模块8包括衰减率可调的衰减片81，通过控制衰减片81的衰减率可以控制激光的功率，从而实现激光功率的调节。

需要说明的是，上述各个固定平面镜的作用都是反射光线，因此各个固定平面镜都与入射光线呈45°角，各个旋转反射镜处于打开状态时，旋转角度为与入射光线呈45°角，处于关闭状态时，旋转角度为与入射光线平行或者其他不影响入射光线传输的角度。

本发明实施例提供这种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置的具体调节方式如下：

1、单模或多模输出，可连续调节波长技术：

光电开关模块2让光线直接通过，增益介质模块3选择合适的增益介质和泵浦源33。光阑模块4的光阑43选择所需的孔径，如果对激光横模没有要求可以让光线直接通过。标准具模块5让光线通过标准具53，控制标准具53两个镜片的间距，增益介质的长度以及第一反射镜模块1和第二反射镜模块6对应的反射镜之间长度一起控制激光波长的改变。

2、调Q技术

光电开关模块2让光线通过起偏器23和普克尔盒24组成的光电开关。光电开关模块2和第二反射镜模块6接收普克尔盒24射出的光线的平面镜关闭，让从普克尔盒24射出的光射到外界损耗掉，其他部分按需要选择。当光电开关关闭时，光路不通，增益介质中的能量进行积累，光电开关打开时，激光脉冲射出，从而实现调Q技术。

3、腔倒空技术

光电开关模块2让光线通过起偏器23和普克尔盒24组成的光电开关。第二反射镜模块6选择全反射镜。光电开关模块2和第二反射镜模块6接收普克尔盒24射出光线的平面镜打开，其他部分按需要选择。当起偏器23和普克尔盒24组成的光电开关关闭时，一束超短激光会从普克尔盒24射出，经过平面镜反射，然后输出。

4、锁模技术

光电开关模块2让光线通过起偏器23和普克尔盒24组成的光电开关。第二反射镜模块6选择部分反射镜66。腔中的起偏器23和普克尔盒24组成的光电开关使调制的频率正好等于由共振腔所决定的相邻纵模频率间隔。此情况下，按傅里叶分析原理，对某个指定的纵模而言，由于受频率的幅度调制，其频谱结构图中的侧边带正好与其相邻的两个其他纵模频率位置相重合，这意味着通过调制侧边带而使不同振荡纵模之间发生能量耦合并进而形成同步振荡或位相锁定式的振荡。

5、功率调节

功率可以由多个方面联合控制，通过调节泵浦源的激励方式，衰减片81的衰减率和透镜都可以调节激光器总功率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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)

1.一种可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，其特征在于：包括依次设置于光路上的第一反射镜模块、光电开关模块、增益介质模块、标准具模块以及第二反射镜模块；所述第一反射镜模块包括位于光路上的第一固定平面镜和多组第一全反射组件，每组第一全反射组件包括相对设置的第一可旋转平面镜和第一全反射镜，各所述第一可旋转平面镜位于所述第一固定平面镜的出射光路上，各所述第一全反射镜的焦距不同；所述光电开关模块包括沿光路依次设置的第二可旋转平面镜、第二固定平面镜、光电开关组件、第三固定平面镜以及第三可旋转平面镜，所述光电开关组件包括起偏器和普克尔盒，所述普克尔盒的出光口一侧设置有可将光线反射到所述第二反射镜模块的第四可旋转平面镜；所述增益介质模块包括沿光路依次设置的第四固定平面镜、多组增益介质组件以及第五固定平面镜，多组所述增益介质组件并列设置，每组所述增益介质组件包括相对设置的两个第五可旋转平面镜以及位于两个第五可旋转平面镜之间的增益介质和泵浦源，各所述泵浦源的激励方式不同；所述标准具模块包括沿光路依次设置的第六可旋转平面镜、第六固定平面镜、标准具、第七固定平面镜以及第七可旋转平面镜。

2.如权利要求1所述的可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，其特征在于：各所述增益介质的长度可以调节。

3.如权利要求1所述的可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，其特征在于：所述第二反射镜模块包括沿光路依次设置的第八固定平面镜、多组第二全反射组件、多组部分反射组件以及第九固定平面镜，每组所述第二全反射组件包括第八可旋转平面镜和第二全反射镜，各所述第二全反射镜的焦距不同，每组所述部分反射组件包括相对设置的两个第九可旋转平面镜以及位于两个第九可旋转平面镜之间的部分反射镜，各所述部分反射镜的反射率和焦距不同，所述第二反射镜模块还包括用于接收所述第四可旋转平面镜反射的光的第十固定平面镜。

4.如权利要求1所述的可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，其特征在于：还包括位于所述标准具模块之前或之后的光阑模块，所述光阑模块包括沿光路依次设置的第十可旋转平面镜、多组光阑组件以及第十一可旋转平面镜，所述多组光阑组件包括并列设置的第一光阑组件和第二光阑组件，所述第一光阑组件包括相对设置的两个第十二可旋转平面镜以及位于两个所述第十二可旋转平面镜之间的两个共焦透镜和第一光阑，所述第一光阑位于两个所述共焦透镜之间，所述第二光阑组件包括相对设置的两个第十三可旋转平面镜以及位于两个第十三可旋转平面镜之间且依次排列的凸透镜、凹透镜以及第二光阑。

5.如权利要求1所述的可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，其特征在于：还包括位于所述第二反射镜模块之后的非线性光学模块，所述非线性光学模块包括沿光路依次设置的第十四可旋转平面镜、多组非线性光线透镜组件以及第十五可旋转平面镜，每组所述非线性光线透镜组件包括相对设置的两个第十六可旋转平面镜以及位于两个所述第十六可旋转平面镜之间非线性光线透镜，各所述非线性光线透镜的种类不同。

6.如权利要求1所述的可调节波长、脉冲宽度以及功率的激光器调节装置，其特征在于：还包括位于所述第二反射镜模块之后的衰减片模块，所述衰减片模块包括衰减率可调的衰减片。