CN110635349A - 一种超高重频窄脉宽co2激光器 - Google Patents

一种超高重频窄脉宽co2激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超高重频窄脉宽CO2激光器，包括CO2激光增益管、偏振分光镜、第一光线调节支路、第二光线调节支路以及触发器，触发器的第一输出端通过第一可控开关与第一光线调节支路的控制端连接、第二输出端通过第二可控开关与第二光线调节支路的控制端连接，触发器通过输出的各个时序信号分别控制第一可控开关和第二可控开关的导通或关断；本发明可以通过触发器输出的每个时序信号分别控制第一可控开关和第二可控开关的动作，两个开关同步动作时输出激光的能量增强，非同步动作时提高激光重复频率，并且第一光线调节支路和第二光线调节支路共用一个CO2激光增益管能够更好的保障光束指向稳定一致性和光束质量一致性。

Description

一种超高重频窄脉宽CO2激光器
技术领域
本发明实施例涉及激光器技术领域，特别是涉及一种超高重频窄脉宽CO2激光器。
背景技术
极紫外光光刻(Extreme ultraviolet lithography，EUVL)被认为是拯救摩尔定律的新技术，其核心组成之一是极紫外光源(EUV)。采用高重频、窄脉宽、大能量的CO2驱动激光光束照射靶材是获得EUV光源的方法之一。受CO2激光增益特性限制，单台CO2激光器无法同时满足EUV光源对驱动激光高重频、窄脉宽、大能量的特殊要求。主振荡器经功率放大(Master Oscillator Power Amplifier，MOPA)是获得高重频、窄脉宽、大能量的CO2驱动激光的优选技术途径。
目前比较成熟的MOPACO2驱动激光是采用电光腔倒空主振荡器经多级高增益CO2激光放大器放大的技术，由于CO2激光能级寿命较长(100μs)，在连续或重复频率高于10kHz放电时，在高增益CO2激光放大器中均形成了连续的激光增益，等效于采用连续放大器放大短脉冲激光，此时短脉冲激光重复频率越高，激光放大效率越高。在固体超快激光放大过程中，往往采用重复频率高达MHz量级的主振荡器以提升激光放大效率。
CO2主振荡器的重复频率主要受核心器件电光普克尔盒工作频率的限制，电光普克尔盒工作原理是电光效应，通过加载在其上的高重频1/4波或半波电压改变通过电光晶体光束的偏振态，受长波红外电光晶体性质、散热等因素的限制，成熟的长波红外电光普克尔盒的工作频率约100kHz，导致采用电光腔倒空方法的CO2主振荡器重复频率受限，制约了MOPA体制CO2放大器的放大效率。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种超高重频窄脉宽CO2激光器，在使用过程中有利于提高输出激光能量、激光重复频率以及激光放大效率，并且还能够更好的保障光束指向稳定一致性和光束质量一致性。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种超高重频窄脉宽CO2激光器，包括CO2激光增益管、偏振分光镜、第一光线调节支路、第二光线调节支路以及触发器，所述触发器的第一输出端通过第一可控开关与所述第一光线调节支路连接、第二输出端通过第二可控开关与所述第二光线调节支路连接，所述触发器通过输出的各个时序信号分别控制所述第一可控开关和所述第二可控开关的导通或关断；其中：
所述CO2激光增益管的出射光线经所述偏振分光镜的分光后得到第一光线和第二光线，使所述第一光线入射至所述第一光线调节支路中，所述第二光线入射至所述第二光线调节支路中；
当所述第一可控开关导通时所述触发器为所述第一光线调节支路加预设电压，所述第一光线经过所述第一光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的透射入射至所述CO2激光增益管中；当所述第一可控开关断开时，所述第一光线经所述第一光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的反射进行输出；
当所述第二可控开关导通时所述触发器为所述第二光线调节支路加所述预设电压，所述第二光线经所述第二光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的反射入射至所述CO2激光增益管中；当所述第二可控开关断开时，所述第二光线经所述第二光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的透射进行输出。
可选的，所述第一光线调节支路包括第一电光普克尔盒、第一1/4波片和第一凹面全反射镜；所述第一光线沿其传输方向依次经过所述第一电光普克尔盒和所述第一1/4波片入射至所述第一凹面全反射镜上，并经所述第一凹面全反射镜的反射后依次经过所述第一1/4波片和所述第一电光普克尔盒入射至所述偏振分光镜上；
所述触发器的第一输出端通过第一可控开关与所述第一电光普克尔盒连接，并当所述第一可控开关导通时为所述第一电光普克尔盒施加1/4波电压。
可选的，所述第二光线调节支路包括第二电光普克尔盒、第二1/4波片和第二凹面全反射镜；所述第二光线沿其传输方向依次经过所述第二电光普克尔盒和所述第二1/4波片入射至所述第二凹面全反射镜上，并经所述第二凹面全反射镜的反射后依次经过所述第二1/4波片和所述第二电光普克尔盒入射至所述偏振分光镜上；
所述触发器的第二输出端通过第二可控开关与所述第二电光普克尔盒连接，并当所述第二可控开关导通时为所述第二电光普克尔盒施加1/4波电压。
可选的，所述偏振分光镜的法线方向与所述CO2激光增益管的出射光线的夹角为布儒斯特角。
可选的，所述第一凹面全反射镜和所述第二凹面全反射镜的曲率均为6米。
可选的，所述CO2激光增益管为射频激光激励波导CO2激光增益管或直流放电CO2激光增益管。
本发明实施例提供了一种超高重频窄脉宽CO2激光器，包括CO2激光增益管、偏振分光镜、第一光线调节支路、第二光线调节支路以及触发器，触发器的第一输出端通过第一可控开关与第一光线调节支路的控制端连接、第二输出端通过第二可控开关与第二光线调节支路的控制端连接，触发器通过输出的各个时序信号分别控制第一可控开关和第二可控开关的导通或关断。
可见，本申请中CO2激光增益管的出射光线经偏振分光镜的分光后得到第一光线和第二光线，第一光线入射至第一光线调节支路中，并且当第一可控开关导通时触发器为第一光线调节支路加预设电压，第一光线经过第一光线调节支路的调节和反射后、再经偏振分光镜的透射入射至CO2激光增益管中，当第一可控开关断开时第一光线经第一光线调节支路的调节和反射后、再经偏振分光镜的反射进行输出；第二光线入射至第二光线调节支路中，并且当第二可控开关导通时触发器为第二光线调节支路加预设电压，第二光线经过第二光线调节支路的调节和反射后、在经过偏振分光镜的反射后入射至CO2激光增益管中，当第二可控开关断开时，第二光线经过经第二光线调节支路的调节和反射后、再经偏振分光镜的透射进行输出；本申请可以通过触发器输出的每个时序信号分别控制第一可控开关和第二可控开关的动作，当第一可控开关和第二可控开关同步动作时，能够使输出激光的能量增强，当第一可控开关和第二可控开关非同步动作时，能够提高激光重复频率，有利于在采用本申请中的激光器进行激光放大时，提高激光放大效率，并且第一光线调节支路和第二光线调节支路共用一个CO2激光增益管能够更好的保障光束指向稳定一致性和光束质量一致性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种超高重频窄脉宽CO2激光器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种超高重频窄脉宽CO2激光器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电光普克尔盒未施加电压时的光路示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电光普克尔盒施加电压时的光路示意图；
图5为一种超高重频工作时电光普克尔盒工作时序逻辑示意图；
图6为另一种超高重频工作时电光普克尔盒工作时序逻辑示意图。
其中，1表示CO2激光增益管、11表示全反射镜、12表示窗口镜、2表示偏振反射镜、3表示第一光线调节支路、31表示第一电光普克尔盒、31第一1/4波片、33表示第一凹面全反射镜、4表示第二光线调节支路、41表示第二电光普克尔盒、42第二1/4波片、43表示第二凹面全反射镜、5表示触发器、6表示第一可控开关、7表示第二可控开关、A表示与第一电光普克尔盒对应的时序信号、B表示与第二电光普克尔盒对应的时序信号、C表示激光输出、PP表示水平线偏振光、PS表示垂直线偏振光、PR表示右旋圆偏振光、PL表示左旋圆偏振光。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种超高重频窄脉宽CO2激光器，在使用过程中有利于提高输出激光能量、激光重复频率以及激光放大效率，并且还能够更好的保障光束指向稳定一致性和光束质量一致性。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种超高重频窄脉宽CO2激光器的结构示意图。
该超高重频窄脉宽CO2激光器，包括CO2激光增益管1、偏振分光镜2、第一光线调节支路3、第二光线调节支路4以及触发器5，触发器5的第一输出端通过第一可控开关6与第一光线调节支路3连接、第二输出端通过第二可控开关7与第二光线调节支路4连接，触发器5通过输出的各个时序信号分别控制第一可控开关6和第二可控开关7的导通或关断；其中：
CO2激光增益管1的出射光线经偏振分光镜2的分光后得到第一光线和第二光线，使第一光线入射至第一光线调节支路3中，第二光线入射至第二光线调节支路4中；
当第一可控开关6导通时触发器5为第一光线调节支路3加预设电压，第一光线经过第一光线调节支路3的调节和反射后、再经偏振分光镜2的透射入射至CO2激光增益管1中；当第一可控开关6断开时，第一光线经第一光线调节支路3的调节和反射后、再经偏振分光镜2的反射进行输出；
当第二可控开关7导通时触发器5为第二光线调节支路4加预设电压，第二光线经第二光线调节支路4的调节和反射后、再经偏振分光镜2的反射入射至CO2激光增益管1中；当第二可控开关7断开时，第二光线经第二光线调节支路4的调节和反射后、再经偏振分光镜2的透射进行输出。
需要说明的是，本实施例中的CO2激光增益管1的一端采用全反射镜密封、另一端采用透过率大于99.8％的镀膜ZnSe窗口镜密封，偏振分光镜2具体可以采用材料ZnSe制作而成，在并且偏振分光镜2沿一定的角度设置，使CO2激光增益管1输出的出射光线入射至偏振分光镜2上，偏振分光镜2将该出射光线进行分光，得到第一光线和第二光线，具体的出射光线透射过偏振分光镜2的光线可以为第一光线，也即第一光线为水平线偏振光，出射光线中被偏振分光镜2反射出去的光线为第二光线，也即第二光线为垂直线偏振光，其中，透射过偏振分光镜2后的第一光线入射至第一光线调节支路3的入射端，经偏振分光镜2反射射出的第二光线入射至第二光线调节支路4的入射端，并且触发器5可以通过其输出的各个时序信号分别控制第一可控开关6导通或关断以及第二可控开关7的导通或关断。
具体的，从CO2激光增益管1出射的出射光线透射过偏振分光镜2的第一光线(水平线偏振光)入射至第一光线调节支路3，当第一可控开关6断开时，触发器5不会为第一光线调节支路3施加预设电压，此时第一光线经过第一光线调节支路3时，第一光线调节支路3会对第一光线的偏转方向进行相应的调节，具体可以将其偏转方向调节90°后反射出去，使反射后的光线入射至偏振分光镜2上，此时入射至偏振分光镜2上的光线为垂直线平振光，此时的光线无法透过偏振分光镜2进入CO2激光增益管1，而是会被偏振分光镜2射反射出去进行光线的输出，由于最初反射出去的光线是未经受激振荡的自发辐射光，能量非常低，此时激光器在第一光线调节支路3处于高损耗状态，无激光输出，无法形成激光振荡，增益区积累大量的反转粒子数。
当第一可控开关6导通时，触发器5会为第一光线调节支路3施加预设电压，此时第一光线经过第一光线调节支路3时，第一光线调节支路3会对第一光线的偏转方向进行调节，具体可以将其偏转方向调节180°后反射出去，使反射后的光线入射至偏振分光镜2上，此时入射至偏振分光镜2上的光线仍为水平线偏振光，能够透射过偏振分光镜2射入至CO2激光增益管1中，在CO2激光增益管1中经过振荡放大后再次输出，此时激光器在该第一光线调节支路3处于低损耗状态，激光在第一光线调节支路3和CO2激光增益管1内迅速形成振荡，但无激光输出，当第一可控开关6断开时，触发器5不为第一光线调节支路3施加电压了，此时振荡腔内形成的激光两次经过第一光线调节支后形成垂直线偏振光，并由偏振分光镜2以腔倒空的形式反射输出巨脉冲激光。
另外，从CO2激光增益管1出射的出射光线经偏振分光镜2反射后的第二光线(垂直线偏振光)入射至第二光线调节支路4，当第二可控开关7断开时，触发器5不会为第二光线调节支路4施加预设电压，此时第二光线经过第二光线调节支路4时，第二光线调节支路4会对第二光线的偏转方向进行相应的调节，具体可以将其偏转方向调节90°后反射出去，并使反射后的光线入射至偏振分光镜2上，此时入射至偏振分光镜2上的光线为水平线平振光，此时的光线会由偏振分光镜2透射而出，无法反射进入至CO2激光增益管1中，此时激光器在第二光线调节支路4处于高损耗状态，无法形成激光振荡，增益区积累大量的反转粒子数。
当第二可控开关7导通时，触发器5会为第二光线调节支路4施加预设电压，此时第二光线(垂直线偏振光)经过第二光线调节支路4时，第二光线调节支路4会对第二光线的偏转方向进行调节，具体可以将其偏转方向调节180°后反射出去，使反射后的光线入射至偏振分光镜2上，此时入射至偏振分光镜2上的光线仍为垂直线偏振光，并经偏振分光镜2的反射后射入至CO2激光增益管1中，在CO2激光增益管1的增益区经过振荡放大后再次由CO2激光增益管1输出，此时激光器在该第二光线调节支路4处于低损耗状态，激光在第二光线调节支路4和CO2激光增益管1内迅速形成振荡，但无激光输出，当第二可控开关7断开后，触发器5不为第二光线调节支路4施加电压了，此时振荡腔内形成的激光两次经过第二光线调节支后形成水平线偏振光，并由偏振分光镜2以腔倒空的形式反射输出巨脉冲激光。
可见，本实施例中可以通过触发器控制第一可控开关和第二可控开关交替导通，以使触发器交替为第一光线调节支路和第二光线调节支路时间预设电压，从而实现两路激光交替的超高重频输出，或者同时控制第一可控开关和第二可控开关导通和关断，从而使触发器同时为第一光线调节支路和第二光线调节支路施加预设电压，实现两路激光合束的大能量输出，并且输出的光束仍然是正交的线偏振光，可以方便对正交的线偏振光进行腔内合束。也即，本申请可以通过触发器输出的各个时序信号分别控制第一可控开关和第二可控开关的动作，当第一可控开关和第二可控开关同步动作时，能够使输出激光的能量增强，当第一可控开关和第二可控开关非同步动作时，能够提高激光重复频率，有利于在采用本实施例中的激光器进行激光放大时提高激光放大效率。另外，本实施例中的第一光线调节支路和第二光线调节支路4第一光线调节支路和第二光线调节支路共用一个CO2激光增益管能够更好的保障光束指向稳定一致性和光束质量一致性，并且系统结构紧凑，能够应用于EUV光源的良好CO2种子激光。
请参照图2至图6，在上述实施例的基础上，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的：
进一步的，如图2所示，本实施例中的第一光线调节支路3具体可以包括第一电光普克尔盒31、第一1/4波片32和第一凹面全反射镜33；第一光线沿其传输方向依次经过第一电光普克尔盒31和第一1/4波片32入射至第一凹面全反射镜33上，并经第一凹面全反射镜33的反射后依次经过第一1/4波片32和第一电光普克尔盒31入射至偏振分光镜2上；
触发器5的第一输出端通过第一可控开关6与第一电光普克尔盒31连接，并当第一可控开关6导通时为第一电光普克尔盒31施加1/4波电压。
需要说明的是，电光普克尔盒加1/4波电压时，通过它的水平与垂直光(o光与e光)分量间有π/2的相位延迟，即光偏振态发生旋转。电光普克尔盒不加电压时，通过他的水平与垂直光分量间无相位延迟，光的偏转态保持不变。
具体的，请参照图3，本实施例中的第一电光普克尔盒31、第一1/4波片32和第一凹面全反射镜33沿第一光线入射的方向依次排布，也即在CO2激光增益管1的出射光线经过偏振分光镜2的分光后，得到的第一光线依次入射至第一电光普克尔盒31、第一1/4波片32和第一凹面全反射镜33上，并且在第一可控开关6断开时，触发器5不会为第一电光普克尔盒31施加电压，此时第一光线(水平线偏振光)经过第一电光普克尔盒31时第一电光普克尔盒31不会对该第一光线的偏振态进行调节，该第一光线经过第一电光普克尔盒31后仍旧为水平线偏振光，该水平线偏振光继续传输经过第一1/4波片32后其偏振态旋转45°，形成右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光经过第一凹面全反射镜33的反射后仍旧为右旋圆偏振光，该反射后的右旋圆偏振光再次经过第一1/4波片32后形成垂直线偏振光，该垂直线偏振光继续传输至第一电光普克尔盒31后仍为垂直线偏振光，并入射至偏振分光镜2上，由于垂直线偏振光无法透射过偏振分光镜2，所以会被偏振分光镜2反射出去，此时激光器在该第一光线调节支路3处于高损耗状态，无激光输出，无法形成激光振荡，增益区积累大量的反转粒子数。
如图4所示，在第一可控开关6导通时，触发器5会为第一电光普克尔盒31施加电压，此时第一光线(水平线偏振光)经过第一电光普克尔盒31时第一电光普克尔盒31会对该第一光线的偏振态进行调节，使其旋转45°，形成右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光继续传输并经过第一1/4波片32后其偏振态再次旋转45°，形成垂直线偏振光，该垂直线偏振光继续传输并经过第一凹面全反射镜33的反射后仍旧为垂直线偏振光，该反射后的垂直线偏振光再次经过第一1/4波片32后形成左旋圆偏振光，再经过第一电光普克尔盒31的调节后形成水平线偏振光，并入射至偏振分光镜2上，由于水平线偏振光能够透射过偏振分光镜2，会入射至CO2激光增益管1中，在CO2激光增益管1中经过振荡放大后再次输出，此时激光器在该第一光线调节支路3处于低损耗状态，激光在第一光线调节支路3和CO2激光增益管1内迅速形成振荡，但无激光输出，当第一可控开关6断开后，触发器5不为第一电光普克尔盒31施加电压了，此时振荡腔内形成的激光两次经过第一电光普克尔盒31和第一1/4波片32后形成垂直线偏振光，并由偏振分光镜2以腔倒空的形式反射输出巨脉冲激光。
进一步的，请参照图2，本实施例中的第二光线调节支路4具体可以包括第二电光普克尔盒41、第二1/4波片42和第二凹面全反射镜43；第二光线沿其传输方向依次经过第二电光普克尔盒41和第二1/4波片42入射至第二凹面全反射镜43上，并经第二凹面全反射镜43的反射后依次经过第二1/4波片42和第二电光普克尔盒41入射至偏振分光镜2上；
触发器5的第二输出端通过第二可控开关7与第二电光普克尔盒41连接，并当第二可控开关7导通时为第二电光普克尔盒41施加1/4波电压。
具体的，请参照图3，本实施例中的第二电光普克尔盒41、第二1/4波片42和第二凹面全反射镜43沿第二光线入射的方向依次排布，也即在CO2激光增益管1的出射光线经过偏振分光镜2的反射形成的第二光线依次入射至第二电光普克尔盒41、第二1/4波片42和第二凹面全反射镜43上，并且在第二可控开关7断开时，触发器5不会为第二电光普克尔盒41施加电压，此时第二光线(垂直线偏振光)经过第二电光普克尔盒41时第二电光普克尔盒41不会对该第二光线的偏振态进行调节，该第二光线经过第一电光普克尔盒31后仍旧为垂直线偏振光，该垂直线偏振光继续传输经过第二1/4波片42后其偏振态旋转45°，形成右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光经过第二凹面全反射镜43的反射后仍旧为右旋圆偏振光，该反射后的右旋圆偏振光再次经过第二1/4波片42后形成水平线偏振光，该水平线偏振光继续传输至第二电光普克尔盒41后仍为水平线偏振光，并入射至偏振分光镜2上，由于水平线偏振光能够透射过偏振分光镜2，所以会在透射过偏振分光镜2后输出，此时激光器在该第二光线调节支路4处于高损耗状态，无激光输出，无法形成激光振荡，增益区积累大量的反转粒子数。
如图4所示，在第二可控开关7导通时，触发器5会为第二电光普克尔盒41施加电压，此时第二光线(垂直线偏振光)经过第二电光普克尔盒41时第二电光普克尔盒41会对该第二光线的偏振态进行调节，使其旋转45°，形成右旋圆偏振光，该右旋圆偏振光继续传输并经过第二1/4波片42后其偏振态再次旋转45°，形成水平线偏振光，该水平线偏振光继续传输并经过第二凹面全反射镜43的反射后仍旧为水平线偏振光，该反射后的水平线偏振光再次经过第二1/4波片42后形成左旋圆偏振光，再经过第二电光普克尔盒41的调节后形成垂直线偏振光，并入射至偏振分光镜2上，由于垂直线偏振光无法透射过偏振分光镜2，所以会被偏振分光镜2反射后入射至CO2激光增益管1中，在CO2激光增益管1中经过振荡放大后再次输出，此时激光器在该第二光线调节支路4处于低损耗状态，激光在第二光线调节支路4和CO2激光增益管1内迅速形成振荡，但无激光输出，当第二可控开关7断开后，触发器5不为第二电光普克尔盒41施加电压了，此时振荡腔内形成的激光两次经过第二电光普克尔盒41和第二1/4波片42后形成水平线偏振光，并由偏振分光镜2以腔倒空的形式透射输出巨脉冲激光。其中，图3和图4中的虚箭头表示光线传播方向。
可以理解的是，本实施例中采用两个独立工作的电光普克尔盒对光路中的激光的偏转状态进行调节控制，实现正交的两路偏振激光在增益介质内有序的选通，从而实现电光腔倒空窄脉宽输出、超重频输出，当然还能够通过控制为两个电光普克尔盒同时施加电压的方式，实现高能激光的输出。
具体请参照图5和图6，其中：
如图5为一种超高重频工作时电光普克尔盒工作时序逻辑示意图，其中，时序信号A1为控制第一可控开关6的时序信号，也即与第一电光普克尔盒31对应的时序信号，高电平表示导通，低电平表示断开；时序信号B1为控制第二可控开关7的时序信号，也即与第二电光普克尔盒41对应的时序信号，同样高电平表示导通，低电平表示断开，分别采用时序信号A1和时序信号B1分时对第一电光普克尔盒31和第二电光普克尔盒41进行控制，能够得到如曲线C1所示的超高重频短脉冲CO2激光输出脉冲时序，垂直线偏振光和水平线偏振光间隔输出。
图6为另一种脉冲能量叠加时电光普克尔盒工作时序逻辑示意图，其中，时序信号A2为控制第一可控开关6的时序信号，也即与第一电光普克尔盒31对应的时序信号，高电平表示导通，低电平表示断开；时序信号B2为控制第二可控开关7的时序信号，也即与第二电光普克尔盒41对应的时序信号，同样高电平表示导通，低电平表示断开，分别采用时序信号A2和时序信号B2同时对第一电光普克尔盒31和第二电光普克尔盒41进行控制，使第一电光普克尔盒31和第二电光普克尔盒41同步工作，能够得到如曲线C2所示的超高重频短脉冲CO2激光输出脉冲时序，垂直线偏振光和水平线偏振叠加后合成圆偏振光输出。
另外，本实施例中的第一电光普克尔盒31和第二电光普克尔盒41均可以采用CdTe晶体、长度为50mm、通光孔径为8mm、消光比＞500：1、光学透过率＞98％的电光普克尔盒。当电光普克尔盒施加1/4波电压时，单次通过它的激光偏振方向旋转45°，不加1/4波电压时，通过它的激光偏转方向不变。
本实施例中的第一凹面全反射镜33和第二凹面全反射镜43均采用ZnSe材质、镀介质膜的凹面全反射镜，并且镀膜后对反射的激光无半波损失，其曲率半径可以为6米，第一凹面全反射镜33与设置于CO2激光增益管1一端的全反射镜11组成一个稳定的谐振腔，腔长可以为2m，第二凹面全反射镜43与设置于CO2激光增益管1一端的全反射镜11可以组成另一个稳定的谐振腔，腔长也可以为2m，本实施例中的曲率半径和腔长等具体参数均可以根据实际需要进行设定，本实施例不做特殊限定。
另外，本实施例中的触发器5具体为高压触发器5，其用来为电光普克尔盒提供1/4波电压，可以由标准的5V TTL信号控制，可同步输出电压7kV的电光普克尔盒触发电压，高压脉冲上升沿与下降沿均＜10ns。具体的，在受TTL信号低电平控制时，相应的可控开关断开，电光普克尔盒不加1/4波电压；在受TTL信号高电平控制，相应的可控开关导通，电光普克尔盒加1/4波电压时。
还需要说明的是，激光在腔内振荡且无输出的时间应严格控制，时间短不利于能量提取，时间长了腔内激光功率偏高易于损伤腔内光学器件，对于注入电功率200W的CO2激光增益管1，电光普克尔盒单次加压时间约为100ns。例如，对于第一光线调节支路3，受TTL信号高电平下降沿触发，第一电光普克尔盒31不加1/4波电压的瞬间，已在腔内形成的水平线偏振激光将往返两次经过第一1/4波片32和第一电光普克尔盒31，偏振方向旋转90°，变为垂直偏振光由偏振分光镜2反射输出，其中，脉冲宽度约为腔长的2倍除以光速(14ns)。
更进一步的，本实施例中的偏振分光镜2的法线方向与CO2激光增益管1的出射光线的夹角为布儒斯特角。
具体的，为了保障水平线偏振光的透过率大于99.9％，对垂直线偏振光的反射率大于99％，偏振分光镜2可以在光路中以布儒斯特角67.4°布置，从而使镀膜后的偏振分光镜2对水平线偏振光的透过率大于99.9％，对垂直线偏振光的反射率大于99％，其通光截面≥10mm。
还需要说明的是，本实施例中的CO2激光增益管1可采用射频激励波导CO2激光增益管或直流放电CO2激光增益管，为保证电光腔倒空激光输出功率，可以选用注入电功率不低于200W的CO2激光增益管。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种超高重频窄脉宽CO2激光器，其特征在于，包括CO2激光增益管、偏振分光镜、第一光线调节支路、第二光线调节支路以及触发器，所述触发器的第一输出端通过第一可控开关与所述第一光线调节支路连接、第二输出端通过第二可控开关与所述第二光线调节支路连接，所述触发器通过输出的各个时序信号分别控制所述第一可控开关和所述第二可控开关的导通或关断；其中：
所述CO2激光增益管的出射光线经所述偏振分光镜的分光后得到第一光线和第二光线，使所述第一光线入射至所述第一光线调节支路中，所述第二光线入射至所述第二光线调节支路中；
当所述第一可控开关导通时所述触发器为所述第一光线调节支路加预设电压，所述第一光线经过所述第一光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的透射入射至所述CO2激光增益管中；当所述第一可控开关断开时，所述第一光线经所述第一光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的反射进行输出；
当所述第二可控开关导通时所述触发器为所述第二光线调节支路加所述预设电压，所述第二光线经所述第二光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的反射入射至所述CO2激光增益管中；当所述第二可控开关断开时，所述第二光线经所述第二光线调节支路的调节和反射后、再经所述偏振分光镜的透射进行输出。
2.根据权利要求1所述的超高重频窄脉宽CO2激光器，其特征在于，所述第一光线调节支路包括第一电光普克尔盒、第一1/4波片和第一凹面全反射镜；所述第一光线沿其传输方向依次经过所述第一电光普克尔盒和所述第一1/4波片入射至所述第一凹面全反射镜上，并经所述第一凹面全反射镜的反射后依次经过所述第一1/4波片和所述第一电光普克尔盒入射至所述偏振分光镜上；
所述触发器的第一输出端通过第一可控开关与所述第一电光普克尔盒连接，并当所述第一可控开关导通时为所述第一电光普克尔盒施加1/4波电压。
3.根据权利要求2所述的超高重频窄脉宽CO2激光器，其特征在于，所述第二光线调节支路包括第二电光普克尔盒、第二1/4波片和第二凹面全反射镜；所述第二光线沿其传输方向依次经过所述第二电光普克尔盒和所述第二1/4波片入射至所述第二凹面全反射镜上，并经所述第二凹面全反射镜的反射后依次经过所述第二1/4波片和所述第二电光普克尔盒入射至所述偏振分光镜上；
所述触发器的第二输出端通过第二可控开关与所述第二电光普克尔盒连接，并当所述第二可控开关导通时为所述第二电光普克尔盒施加1/4波电压。
4.根据权利要求3所述的超高重频窄脉宽CO2激光器，其特征在于，所述偏振分光镜的法线方向与所述CO2激光增益管的出射光线的夹角为布儒斯特角。
5.根据权利要求3所述的超高重频窄脉宽CO2激光器，其特征在于，所述第一凹面全反射镜和所述第二凹面全反射镜的曲率均为6米。
6.根据权利要求3所述的超高重频窄脉宽CO2激光器，其特征在于，所述CO2激光增益管为射频激光激励波导CO2激光增益管或直流放电CO2激光增益管。
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