CN110994351A - 一种基于声光合束技术的新型调q激光器及方法 - Google Patents

一种基于声光合束技术的新型调q激光器及方法 Download PDF

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Abstract

一种基于声光合束技术的新型调Q激光器及方法，包括：激光腔体、设置在激光腔体内的全反镜以及输出镜，声光合束/分束器件设置在全反镜和输出镜之间，偏振控制器件设置在全反镜和输出镜之间之间；激光工作物质设置在声光合束/分束器件和全反镜之间、或者声光合束/分束器件和输出镜之间；波形信号发生器输出与声光合束/分束器件输入连接。本发明通过声光合束/分束器件，将两个腔体分支的脉冲合成到一起，可以实现更高能量的调Q脉冲输出；并且利用声光合束/分束器件，激光腔体还可以实现其他功能。

Description

一种基于声光合束技术的新型调Q激光器及方法
技术领域
本发明属于调Q脉冲激光领域，更具体地涉及一种基于声光合束技术的新型调Q激光器的设计方法及器件结构。
背景技术
调Q技术的出现是激光发展史上一个重要的突破。调Q技术主要有两个方向：窄脉宽的调Q脉冲推动了激光雷达，高速全息照相等应用技术的发展；高功率的调Q脉冲推动了非线性光学的发展。至今为止，人们仍在不断努力向极窄脉宽和极高功率的方向不断前进。
调Q技术分为主动调Q和被动调Q。被动调Q技术元器件简单，但控制手段较少；主动调Q技术又分为电光调Q，机械调Q，声光调Q等等。电光调Q速度可以很快，但需加载在电光晶体上的电压需要很高，高重复频率条件下的开关运行技术难度极大，而且产生的电磁辐射对激光器的运行产生较为严重的影响；机械调Q相对于电光调Q更加简单，但开关速度很慢，输出激光脉冲的时域特性较差；声光调Q技术是一种高效快速的调Q技术，通过激发与不激光声波交替进行实现调Q脉冲的高重复运行，但是单脉冲能量随着调Q频率的增加，不断的下降。因此如何获得高重复频率条件下，更高单脉冲能量的调Q脉冲就显得尤为重要，目前常用的脉冲激光合束技术在时钟同步要求极高，而且所合成的光脉冲相关性较差。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，旨在解决现有调Q激光器在高重复频率运行时能量不高，进一步提高输出脉冲单脉冲能量的问题。
为实现上述目的，本发明提供了
一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，包括：激光腔体、设置在激光腔体内的全反镜以及输出镜，声光合束/分束器件设置在全反镜和输出镜之间，偏振控制器件设置在全反镜和输出镜之间；激光工作物质设置在声光合束/分束器件和全反镜之间、或者声光合束/分束器件和输出镜之间；波形信号发生器输出与声光合束/分束器件输入连接。
所述激光腔体内部光路包括由腔体干路以及支路1和支路2组成的Y字型光路，声光合束/分束器件设置在Y字型光路的节点处，支路1和支路2中包括激光工作物质和全反镜、或激光工作物质和输出镜。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，支路1和支路2中激光工作物质以及全反镜依次设置，输出镜设置在干路上，偏振控制器件设置在激光工作物质和声光合束/分束器件之间、或者设置在输出镜和声光合束/分束器件之间。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，支路1和支路2中激光工作物质以及输出镜依次设置，全反镜设置在干路上，偏振控制器件设置在激光工作物质和声光合束/分束器件之间、或者设置在输出镜和声光合束/分束器件之间。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，所述输出镜为透镜。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，所述声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；当输出镜设置在干路上时，两支路的路径长度相同，用以产生脉冲同步的激光光束。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，所述声光合束/分束器件处于未工作状态时，即未加载声波时，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；声光合束/分束器件处于工作状态下，即加载声波时，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，所述偏振控制器件若位于腔体干路时，允许透过的光束为声光合束/分束器件的e光，偏振控制器件若位于腔体支路时，允许透过的光束为声光合束/分束器件的o光；偏振控制器件位于干路时，支路中可不放置，偏振片位于支路时，干路可不放置，但每一支路均需要放置，以满足声光器件合束分束的条件。
在上述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，声光合束/分束器件采用氧化碲声光合束/分束器；偏振控制器件采用布鲁斯特偏振片，激光工作物质采用Nd:YAG激光工作物质。
一种基于声光合束技术的新型调Q激光器的调试方法，其特征在于，包括：
氧化碲声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；
氧化碲声光合束/分束器件处于未工作状态时，即未加载声波时，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；氧化碲声光合束/分束器件处于工作状态下，即加载声波时，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲；
布鲁斯特片若位于腔体支路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的o光；每一支路均需放置，以满足声光器件合束分束的条件；
Nd:YAG激光工作物质位于腔体支路，每一支路均放置，用于产生受激辐射；
布鲁斯特片可位于腔体干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的e光；支路可不放置，以满足声光器件合束分束的条件。
一种基于声光合束技术的新型调Q激光器的调试方法，其特征在于，包括：
所述氧化碲声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；
氧化碲声光合束/分束器件处于未工作状态时，即未加载声波时，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；氧化碲声光合束/分束器件处于工作状态下，即加载声波时，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲，光脉冲在支路端输出；
布鲁斯特片若位于腔体支路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的o光；每一支路均需放置，以满足声光器件合束分束的条件；
布鲁斯特片可位于腔体干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的e光；支路可不放置，以满足声光器件合束分束的条件；
所述Yb:YAG激光工作物质位于腔体支路，每一支路均放置，用于产生受激辐射；
若Yb:YAG激光工作物质位于腔体干路，每一支路也均有出光，此时为单泵浦，出光能量降低；
控制氧化碲声光合束/分束器激发的声波，并控制光脉冲从某一支路输出；
控制氧化碲声光合束/分束器不同频率声波的声功率，可以控制每一支路的光脉冲能量比。
基于上述方法和器件的设计思路，包括：
(1)通过加载两个特定频率的声波，使声光器件能够产生合束/分束效果；
(2)偏振控制器件位于激光腔体中，用以控制激光腔体内光脉冲偏振，满足声光合束/分束条件；
(3)“Y”字型激光腔体三部分对应光路的夹角由声光合束/分束器件的工作状态决定，输出镜，全返镜的位置由所实现功能决定；
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：
(1)通过声光合束/分束器件，将两个腔体分支的脉冲合成到一起，可以实现更高能量的调Q脉冲输出；
(2)利用声光合束/分束器件，激光腔体还可以实现其他功能，例如激光脉冲阵列的输出。
附图说明
图1是实施例1提供的新型调Q激光器光路结构。
图2是实施例1提供的另一种新型调Q激光器光路结构。
图3是实施例2提供的新型调Q激光器光路结构。
图4是实施例2提供的另一种新型调Q激光器光路结构。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1提出了一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，如图1所示,包括激光腔体(全返镜以及输出镜)，氧化碲声光合束/分束器，布鲁斯特偏振片，Nb:YAG激光工作物质；
其中①为输出镜；②为声光合束器件；③为任意波形信号发生器；④为布鲁斯特偏振片(支路一，支路二均放置)；⑤为Yb:YAG激光工作物质(支路一，支路二均放置)；⑥为全反镜(支路一，支路二均放置)；
所述激光腔体基本结构为“Y”字型，存在腔体干路，支路1和支路2三个部分，全反镜位于腔体支路，支路1和支路2均放置，输出镜位于腔体干路，用于激光的输出；
所述氧化碲声光合束/分束器件位于激光腔体“Y”字型节点的位置，用于对支路光束的合束，干路光束的分束；
所述氧化碲声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；
所述氧化碲声光合束/分束器件处于未工作状态时(未加载声波)，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；氧化碲声光合束/分束器件处于工作状态下(加载声波)，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲；
所述布鲁斯特片若位于腔体支路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的o光；每一支路均需放置，以满足声光器件合束分束的条件，也就是光束从支路入射声光合束/分束器件时，光的偏振态为o光(寻常光)，即之前的一句话所述：允许透过的光束为氧化碲声光合束分束器件的o光。
所述Yb:YAG激光工作物质位于腔体支路，每一支路均放置，用于产生受激辐射；
进一步地，如图2所示,所述布鲁斯特片可位于腔体干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的e光；支路可不放置，以满足声光器件合束分束的条件。
实施例2提出了一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，如图3所示,包括激光腔体(全返镜以及输出镜)，氧化碲声光合束/分束器，布鲁斯特偏振片，Yb:YAG激光工作物质；
其中①为全反镜；②为声光合束器件；③为任意波形信号发生器；④为布鲁斯特偏振片(支路一，支路二均放置)；⑤为Yb:YAG激光工作物质(支路一，支路二均放置)；⑥为输出镜(支路一，支路二均放置)；
所述激光腔体基本结构为“Y”字型，存在腔体干路，支路1和支路2三个部分，输出镜位于腔体支路，支路1和支路2均放置，用于激光的输出，全反镜位于腔体干路；
所述氧化碲声光合束/分束器件位于激光腔体“Y”字型节点的位置，用于对支路光束的合束，干路光束的分束；
所述氧化碲声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；
所述氧化碲声光合束/分束器件处于未工作状态时(未加载声波)，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；氧化碲声光合束/分束器件处于工作状态下(加载声波)，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲，光脉冲在支路端输出；
所述布鲁斯特片若位于腔体支路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的o光；每一支路均需放置，以满足声光器件合束分束的条件；也就是光束从支路入射声光合束/分束器件时，光的偏振态为o光(寻常光)，即之前的一句话所述：允许透过的光束为氧化碲声光合束分束器件的o光。
进一步地，如图4所示,所述布鲁斯特片可位于腔体干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的e光；支路可不放置，以满足声光器件合束分束的条件；
Nd:YAG激光工作物质位于腔体支路，每一支路均放置，用于产生受激辐射；
若Nd:YAG激光工作物质位于腔体干路，每一支路也均有出光，此时为单泵浦，出光能量降低；
控制氧化碲声光合束/分束器激发的声波，并控制光脉冲从某一支路输出；
控制氧化碲声光合束/分束器不同频率声波的声功率，可以控制每一支路的光脉冲能量比。
本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，包括：激光腔体、设置在激光腔体内的全反镜以及输出镜，声光合束/分束器件设置在全反镜和输出镜之间，偏振控制器件设置在全反镜和输出镜之间；激光工作物质设置在声光合束/分束器件和全反镜之间、或者声光合束/分束器件和输出镜之间；波形信号发生器输出与声光合束/分束器件输入连接；
所述激光腔体内部光路包括由腔体干路以及支路1和支路2组成的Y字型光路，声光合束/分束器件设置在Y字型光路的节点处，支路1和支路2中包括激光工作物质和全反镜、或激光工作物质和输出镜。
2.根据权利要求1所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，支路1和支路2中激光工作物质以及全反镜依次设置，输出镜设置在干路上，偏振控制器件设置在激光工作物质和声光合束/分束器件之间、或者设置在输出镜和声光合束/分束器件之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，支路1和支路2中激光工作物质以及输出镜依次设置，全反镜设置在干路上，偏振控制器件设置在激光工作物质和声光合束/分束器件之间、或者设置在输出镜和声光合束/分束器件之间。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，所述输出镜为透镜。
5.根据权利要求1所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，所述声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；当输出镜设置在干路上时，两支路的路径长度相同，用以产生脉冲同步的激光光束。
6.根据权利要求1所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，所述声光合束/分束器件处于未工作状态时，即未加载声波时，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；声光合束/分束器件处于工作状态下，即加载声波时，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲。
7.根据权利要求2或3所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，所述偏振控制器件若位于腔体干路时，允许透过的光束为声光合束/分束器件的e光，偏振控制器件若位于腔体支路时，允许透过的光束为声光合束/分束器件的o光；偏振控制器件位于干路时，支路中可不放置，偏振片位于支路时，干路可不放置，但每一支路均需要放置，以满足声光器件合束分束的条件。
8.根据权利要求1所述的一种基于声光合束技术的新型调Q激光器，其特征在于，声光合束/分束器件采用氧化碲声光合束/分束器；偏振控制器件采用布鲁斯特偏振片，激光工作物质采用Nd:YAG激光工作物质。
9.一种基于声光合束技术的新型调Q激光器的调试方法，其特征在于，包括：
氧化碲声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；
氧化碲声光合束/分束器件处于未工作状态时，即未加载声波时，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；氧化碲声光合束/分束器件处于工作状态下，即加载声波时，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲；
布鲁斯特片若位于腔体支路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的o光；每一支路均需放置，以满足声光器件合束分束的条件；
Nd:YAG激光工作物质位于腔体支路，每一支路均放置，用于产生受激辐射；
布鲁斯特片可位于腔体干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的e光；支路可不放置，以满足声光器件合束分束的条件。
10.一种基于声光合束技术的新型调Q激光器的调试方法，其特征在于，包括：
所述氧化碲声光合束/分束器件加载两个特定频率的声波，以产生反常布拉格衍射，即腔体干路光束以e光入射，产生偏转角不同的两束o光衍射光进入对应的支路，形成分束；腔体支路的两束光束以o光入射，产生传播方向一致的e光进入干路，完成合束；
氧化碲声光合束/分束器件处于未工作状态时，即未加载声波时，激光腔体不构成谐振腔，损耗过高；氧化碲声光合束/分束器件处于工作状态下，即加载声波时，形成谐振腔，损耗降低，即该功能可实现调Q效果，产生光脉冲，光脉冲在支路端输出；
布鲁斯特片若位于腔体支路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的o光；每一支路均需放置，以满足声光器件合束分束的条件；
布鲁斯特片可位于腔体干路，允许透过的光束为氧化碲声光合束/分束器件的e光；支路可不放置，以满足声光器件合束分束的条件；
所述Nd:YAG激光工作物质位于腔体支路，每一支路均放置，用于产生受激辐射；
若Nd:YAG激光工作物质位于腔体干路，每一支路也均有出光，此时为单泵浦，出光能量降低；
控制氧化碲声光合束/分束器激发的声波，并控制光脉冲从某一支路输出；
控制氧化碲声光合束/分束器不同频率声波的声功率，可以控制每一支路的光脉冲能量比。
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