CN111129917B - 一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法 - Google Patents

一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于单块双45°‑MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法领域。所述装置包括：前腔镜、泵浦源、激光增益介质、双45°‑MgO：LN晶体、声光晶体、第一输出镜、第二输出镜、第一块块状掺杂MgO：LN晶体、第二横向退压式电光调制器、第一布儒斯特镜、带电动导轨的s光全反镜、p光输出镜、第一光隔离器开关、电光控制装置、声光调制器、第二光隔离器开关，带电动导轨的p光全反镜、s光输出镜，所述电光控制装置与双45°‑MgO：LN晶体连接，所述第二横向退压式电光调制器与第一块块状掺杂MgO：LN晶体连接。本发明可实现高重复频率的声光调Q脉冲激光、高功率的电光调Q脉冲激光以及窄脉冲宽度、高峰值功率的电光腔倒空三种调制模式的切换，集成度高，操作简便。

Description

一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输 出方法
技术领域
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法领域。
背景技术
固体激光器目前已被广泛的应用于各个领域，其中声光调Q激光器由于重复频率高、重复性好等优势被广泛应用于光电对抗、激光测距等领域；电光调Q激光器峰值功率可达兆瓦量级并且脉宽在十几纳秒左右，因此被广泛应用于激光焊接、激光打孔、激光切割、激光打标等领域；腔倒空电光调制相比于电光调Q激光器其脉冲宽度可压缩到几纳秒且稳定性高等优势也被应用于上述领域；然而上述激光调制模式都存在很大缺陷，例如声光调Q开关能力差致使脉冲宽度较宽、电光调Q和腔倒空电光调制的半波电压高、重复频率低，这都会限制其应用范围。针对上述激光调制中存在的问题，本专利设计了一台三种不同调制模式复合腔的多功能激光器，不仅节约成本、提高激光利用率还可以实现一台多用的目的，可以根据自己需求选择合适的激光调制模式实现不同用途。
专利号为CN201910004252.4的“一种多脉宽多功能激光器及激光治疗仪”中多次使用λ/4、λ/2波片以及偏振片，相比于本专利的单块双45°-MgO：LN晶体可以直接实现偏振输出就显得格外复杂。专利号为CN200610075689.X的“一种脉宽可调的激光器”通过使用多种偏振片实现偏振光输出并通过移动λ/2波片实现脉宽调节，与之相比，本专利单块双45°-MgO：LN晶体可以直接实现偏振输出，而且专利中带电动平移的全反镜亦可实现高精度的脉宽调节。专利号CN201110066904.0的“一种脉宽可调节的固体激光器”的技术方案通过转动被动调Q晶体的晶轴取向来改变偏振吸收，实现不同小信号透过率的调Q脉冲输出，该方案可获得的输出脉宽调节范围比较窄。现有技术对于脉宽调谐还可通过受激布里渊散射(SBS)双级相位共轭镜来实现，专利号CN95212767.9的“脉宽可调谐YAG激光器”中公开的技术方案，该方案通过移动与SBS双级相位共轭镜的距离来实现脉宽调谐，方案靠反射回来的放大光从谐振腔内倒空，从而对振荡级和放大级的激光棒和各个光学元件的镀膜水平要求较高，否则容易引起自激；该方案靠1/4波片和偏振棱镜实现激光输出，在大能量或大功率工作时，振荡级和放大级的激光退偏会比较严重，从而使放大的光有相当一部分不能被倒出腔外，干扰振荡级，破坏工作脉冲的稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法。该激光器的腔型由三个复合谐振腔组成：声光调Q谐振腔、电光调Q谐振腔、电光腔倒空式谐振腔。
本发明是这样实现的：
一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置，包括：前腔镜1、泵浦源2、激光增益介质3、双45°-MgO：LN晶体4、声光晶体5、第一输出镜6、第二输出镜7、第一块块状掺杂MgO：LN晶体8、第二横向退压式电光调制器9、第一布儒斯特镜10、带电动导轨的s全反镜11、p输出镜12、第一光隔离器开关13、电光控制装置14、声光调制器15、第二光隔离器开关16，带电动导轨的p全反镜17、s输出镜18，所述激光增益介质3分布在所述泵浦源2的左右两侧，所述电光控制装置14与双45°-MgO：LN晶体4连接，所述第二横向退压式电光调制器9与第一块块状掺杂MgO：LN晶体8连接，所述声光调制器15与声光晶体5连接。
所述电光控制装置14上有第一按钮和第二按钮，其中第一按钮上有第一子按钮和第二子按钮，所述第一子按钮和第二子按钮不能同时开启。
一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置的输出方法，所述装置产生腔倒空p偏振脉冲激光的方法包括如下步骤：
(3.1)泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(3.2)电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压，将非偏振受激荧光分离出p偏振光；
(3.3)打开所述第一子按钮，第一光隔离器开关13打开，p偏振光通过横向半波电压施加在第一块块状掺杂MgO：LN晶体8时，p偏振光变成s偏振光；
(3.4)产生的s偏振光经过第一布儒斯特镜10以56.7°入射角反射至带电动导轨的s全反镜11，产生激光振荡；
(3.5)第一块块状掺杂MgO：LN晶体8撤去半波电压，p偏振光经p光输出镜12输出p偏振脉冲激光。
所述装置产生电光非偏振脉冲光的方法包括如下步骤：
(4.1)泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(4.2)电光控制装置14中第二按钮打开，对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压做开/断切换操作；
(4.3)当双45°-MgO：LN晶体4施加半波电压时，激光逸出腔外；退去半波电压时，非偏振激光从第二输出镜7实现电光非偏振脉冲激光输出。
所述装置产生声光s偏振脉冲激光的方法包括如下步骤：
(5.1)泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(5.2)电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压，可以将非偏振受激荧光分离出s偏振光；
(5.3)打开所述第二子按钮，第二光隔离器开关16打开，s偏振光经声光调制晶体5调制后，经由第一输出镜6输出s偏振脉冲激光。
所述装置产生腔倒空s偏振脉冲激光的方法包括如下步骤：
(6.1)泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(6.2)电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压，将非偏振受激荧光分离出s偏振光；
(6.3)打开所述第二子按钮，第二光隔离器开关16打开，s偏振光经过施加横向半波电压的第一块块状掺杂MgO：LN晶体8时，s偏振光转变成p偏振光；
(6.4)p偏振光经过第一布儒斯特镜10直接透射至p全反镜17，实现光路振荡；
(6.5)退去施加在第一块块状掺杂MgO：LN晶体8上的半波电压，s偏振光直接由布儒斯特镜反射至s光输出镜18，实现s偏振光的脉冲输出。
所述装置产生声光p偏振脉冲激光的方法包括如下步骤：
(7.1)泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(7.2)电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN4晶体施加横向半波电压，可以将非偏振受激荧光分离出p偏振光；
(7.3)打开所述第一子按钮，第一光隔离器开关13打开，p偏振光经声光调制晶体5调制后，经由第一输出镜6输出p偏振脉冲激光。
本发明的有益效果在于：
1)单块双45°-MgO：LN晶体可实现高重复频率的声光调Q脉冲激光、高功率的电光调Q脉冲激光以及窄脉冲宽度、高峰值功率的电光腔倒空三种调制模式的切换。
2)一台电光控制装置控制单块双45°-MgO：LN晶体光路偏振态的改变，集成度高，操作简便。
3)MgO：LN晶体横向电光调制，增加长度减小厚度，降低晶体半波电压。同时双45°-MgO：LN晶体有起偏器和检偏器作用没有插入性损耗，提高激光功率。
4)腔长是决定腔倒空电光调制输出激光脉冲宽度的重要因素之一，即Δt＝c/(2nL)，n是折射率，L谐振腔腔长。带电动导轨的s全反镜制腔倒空腔长，实现不同脉冲宽度的偏振脉冲激光输出。
附图说明
图1a为本发明的第一结构示意图；
图1b为电路控制逻辑图；
图2为本发明的第二结构示意图。
其中，1为前腔镜，2为泵浦源，3为激光增益介质，4为双45°-MgO：LN，5为声光晶体，6为第一输出镜，7为第二输出镜，8为第一块块状掺杂MgO：LN晶体，9为第二横向退压式电光调制器，10为第一布儒斯特镜，11为带电动导轨的s全反镜，12为p输出镜，13为光隔离器开关，14为电光控制装置，15为声光调制器，16为光隔离器开关，17为带电动导轨的p全反镜，18为s输出镜。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置及输出方法领域。
s偏振声光调Q谐振腔的光路上依次设置为前腔镜1、泵浦源2、激光增益介质3、双45°-MgO：LN晶体4、第二光隔离器开关16、声光晶体5、声光调制器15、第一输出镜6；
电光调Q激光谐振腔的光路上依次设置为前腔镜1、泵浦源2、激光增益介质3、双45°-MgO：LN晶体4、第二输出镜7；
p偏振腔倒空激光谐振腔的光路上依次设置为1、泵浦源2、激光增益介质3、双45°-MgO：LN晶体4、第一光隔离器开关13、第一块块状掺杂MgO：LN晶体8、第二横向退压式电光调制器9、第一布儒斯特镜10、带电动导轨的s全反镜11、p光输出镜12；
此外，本发明还提供利用所述激光器产生不同调制模式的脉冲激光输出方法，包括以下步骤：
1)s偏振声光调Q谐振腔装置：泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射。电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压(A亮)，可以将非偏振受激荧光分离出s偏振光。当电光控制装置14上b灯亮，光隔离器开关16打开，s偏振光经声光调制晶体5调制后，经由第一输出镜6输出s偏振脉冲激光。谐振腔内脉冲光的单光路依次为：1-3-4-16-5-6。
2)p偏振腔倒空激光谐振腔装置：泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射。电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压(A亮)，可以将非偏振受激荧光分离出p偏振光。当电光控制装置14上a灯亮，光隔离器开关13打开p偏振光通过横向半波电压施加在第一块块状掺杂MgO：LN晶体8时，p偏振光变成s偏振光。产生的s偏振光经过第一布儒斯特镜10以56.7°入射角反射至带电动导轨的s全反镜11，实现激光振荡。当第一块块状掺杂MgO：LN晶体8撤去半波电压，p偏振光经p光输出镜12输出脉冲激光。谐振腔内脉冲光的单光路依次为：1-3-4-13-8-10-11，输出光光路为：1-3-4-13-8-10-12。其中移动带电动导轨的s全反镜11控制谐振腔腔长的改变。
3)电光调Q激光谐振腔装置：泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射。电光控制装置14中B亮则对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压做开/断切换操作。当双45°-MgO：LN晶体4施加半波电压时，激光逸出腔外；退去半波电压时，非偏振激光从第二输出镜7实现脉冲激光输出。谐振腔内脉冲光的单光路依次为：1-3-4-7。
4)电路控制：电光控制装置14控制A(亮)对双45°-MgO：LN晶体持续施加横向半波电压。A亮时a开b关控制第一光隔离器开关13开，p偏振电光腔倒空激光光路导通；A亮时a关b开控制光隔离器开关16开，s偏振声光调Q光路导通。电光控制装置14控制B(亮)则对双45°-MgO：LN晶体施加横向半波电压做开/断切换操作，控制非偏振光电光调Q。
本发明进一步描述如下：
一种基于单块双45°-MgO:LN实现三种不同调制模式多功能激光装置，所述激光器包括：1)s偏振声光调Q谐振腔：所述s偏振声光调Q谐振腔依次包括前腔镜、泵浦源、激光增益介质、双45°-MgO：LN晶体、第一横向电光调制器、声光晶体、声光调制器、第一输出镜；
2)非偏振电光调Q谐振腔：所述非偏振电光调Q谐振腔依次包括前腔镜、泵浦源、激光增益介质、双45°-MgO：LN晶体、第一横向电光调制器、第二输出镜；
3)p偏振腔倒空谐振腔：所述p偏振腔倒空谐振腔依次包括前腔镜、泵浦源、激光增益介质、双45°-MgO：LN晶体、第一横向电光调制器、第一块块状掺杂MgO：LN晶体、第二横向退压式电光调制器、第一布儒斯特镜、带电动导轨的s全反镜、p输出镜；
所述的基于单块双45°-MgO:LN实现三种不同调制模式多功能激光电光控制装置，电光控制装置有A、B两个按钮控制双45°-MgO：LN晶体的电压。当A按钮(亮)对双45°-MgO：LN晶体持续施加横向半波电压，可实现偏振光o光和e光的分离；其中A按钮下附带a、b子按钮，a子按钮(亮)控制s偏振声光调Q谐振腔中光隔离器开关的打开，b子按钮(亮)控制p偏振腔倒空激光谐振腔中光隔离器开关的打开。其中a、b两个子按钮不能同时开启。
当B按钮(亮)控制对施加在双45°-MgO：LN晶体横向半波电压做开/断切换操作，用作电光调Q装置。
本专利不仅局限于只实现p偏振光的腔倒空调制，也可实现s偏振光模式的腔倒空调制。其实现方法如下所述：经加横向半波电压的双45°-MgO：LN晶体产生的s偏振光经过施加横向半波电压的块状掺杂MgO：LN晶体，s偏振光转变成p偏振光。p偏振光经过布儒斯特镜直接透射p全反镜，实现光路振荡，没有脉冲激光输出。当退去施加在块状掺杂MgO：LN晶体上的半波电压，s偏振光直接由布儒斯特镜反射至s光输出镜，实现s偏振光的脉冲输出(如图2所示)。同时本专利不仅局限于只实现s偏振的声光调Q脉冲激光，也可实现p偏振的声光调Q脉冲激光输出(如图2所示)。
本专利不仅局限在端面泵浦，侧面泵浦模式也可同样适用；本专利也可适用于多种光波段。
实施例一：如图2所示，泵浦源2给激光增益介质3提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射。电光控制装置14始终对双45°-MgO：LN晶体4施加横向半波电压(A亮)，可以将非偏振受激荧光分离出s偏振光。s偏振光经过施加横向半波电压的块状掺杂MgO：LN晶体，s偏振光转变成p偏振光。p偏振光经过布儒斯特镜直接透射p全反镜，实现光路振荡，没有脉冲激光输出。当退去施加在块状掺杂MgO：LN晶体上的半波电压，s偏振光直接由布儒斯特镜反射至s光输出镜，实现s偏振光的电光腔倒空脉冲输出。同时将声光调Q装置换到p偏振光光路上，实现p偏振的声光调Q脉冲激光输出。
实施例二：腔型结构如图1a所示，不同点是将1064nm腔倒空装p偏振光输出置换成一个声光调制装置(与s偏振声光调Q谐振腔装置相同)。对双45°-MgO：LN晶体持续施加横向半波电压，实现声光调制的两束同步正交偏振的脉冲光。
综上所述，本发明公开了一种基于单块双45°-MgO:LN实现三种不同调制模式多功能激光装置。该激光器为复合腔装置，其装置顺序依次包括前腔镜、泵浦源、激光增益介质、双45°掺杂氧化镁铌酸锂晶体(双45°-MgO:LN)、s偏振光声光调Q装置、非偏振电光调Q装置、p偏振光腔倒空装置。所述双45°-MgO:LN晶体施加横向λ/2电压则产生s偏振光和p偏振光，分别入射至s偏振声光调Q装置和p偏振腔倒空装置；所述双45°-MgO:LN撤去λ/2电压产生的非偏振光入射至电光调Q装置。该激光装置使用单块双45°-MgO:LN电光晶体分别实现三种不同调制，一台激光器可以分别实现线偏振光输出、高功率输出、多种不同脉冲宽度的激光输出。

Claims (5)

1.一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置，包括：前腔镜(1)、泵浦源(2)、激光增益介质(3)、双45°-MgO：LN晶体(4)、声光晶体(5)、第一输出镜(6)、第二输出镜(7)、第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)、第二横向退压式电光调制器(9)、第一布儒斯特镜(10)、带电动导轨的s光全反镜(11)、p光输出镜(12)、第一光隔离器开关(13)、电光控制装置(14)、声光调制器(15)、第二光隔离器开关(16)，其特征是：所述电光控制装置(14)与双45°-MgO：LN晶体(4)连接，所述第二横向退压式电光调制器(9)与第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)连接，所述声光调制器(15)与声光晶体(5)连接；s偏振声光调Q谐振腔的光路上依次设置为前腔镜(1)、激光增益介质(3)、双45°-MgO：LN晶体(4)、第二光隔离器开关(16)、声光晶体(5)、第一输出镜(6)；
电光调Q激光谐振腔的光路上依次设置为前腔镜(1)、激光增益介质(3)、双45°-MgO：LN晶体(4)、第二输出镜(7)；
p偏振腔倒空激光谐振腔的光路上依次设置为前腔镜(1)、激光增益介质(3)、双45°-MgO：LN晶体(4)、第一光隔离器开关(13)、第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)、第一布儒斯特镜(10)、带电动导轨的s光全反镜(11)、p光输出镜(12)；
s偏振声光调Q谐振腔装置：泵浦源(2)给激光增益介质(3)提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；电光控制装置(14)始终对双45°-MgO：LN晶体(4)施加横向半波电压，此时A按钮亮，将非偏振受激荧光分离出s偏振光；电光控制装置(14)上b子按钮灯亮，第二光隔离器开关(16)打开，s偏振光经声光晶体(5)调制后，经由第一输出镜(6)输出s偏振脉冲激光；p偏振腔倒空激光谐振腔装置：泵浦源(2)给激光增益介质(3)提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；电光控制装置(14)始终对双45°-MgO：LN晶体(4)施加横向半波电压，将非偏振受激荧光分离出p偏振光；当电光控制装置(14)上a子按钮亮，第一光隔离器开关(13)打开，p偏振光通过横向半波电压施加在第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)时，p偏振光变成s偏振光；产生的s偏振光经过第一布儒斯特镜(10)以56.7°入射角反射至带电动导轨的s光全反镜(11)，实现激光振荡；当第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)撤去半波电压，p偏振光经p光输出镜(12)输出脉冲激光；其中移动带电动导轨的s光全反镜(11)控制谐振腔腔长的改变；电光调Q激光谐振腔装置：泵浦源(2)给激光增益介质(3)提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；电光控制装置(14)中B按钮亮则对双45°-MgO：LN晶体(4)施加横向半波电压做开/断切换操作；当双45°-MgO：LN晶体(4)施加半波电压时，激光逸出腔外；退去半波电压时，非偏振激光从第二输出镜(7)实现脉冲激光输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于单块双45°-MgO:LN多调制模式多功能激光装置，其特征是：所述电光控制装置(14)上有A按钮和B按钮，其中A按钮上有a子按钮和b子按钮，所述a子按钮和b子按钮不能同时开启；A按钮对双45°-MgO：LN晶体持续施加横向半波电压，实现偏振光o光和e光的分离；其中A按钮下附带a、b子按钮，a子按钮控制s偏振声光调Q谐振腔中第一光隔离器开关的打开，b子按钮控制p偏振腔倒空激光谐振腔中第二光隔离器开关的打开；B按钮控制对施加在双45°-MgO：LN晶体横向半波电压做开/断切换操作，用作电光调Q装置。
3.一种根据权利要求2所述的激光装置的输出方法，其特征是：所述激光装置产生腔倒空p偏振脉冲激光的方法包括如下步骤：
(3.1)泵浦源(2)给激光增益介质(3)提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(3.2)电光控制装置(14)始终对双45°-MgO：LN晶体(4)施加横向半波电压，将非偏振受激荧光分离出p偏振光；
(3.3)打开所述a子按钮，第一光隔离器开关(13)打开，p偏振光通过横向半波电压施加在第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)时，p偏振光变成s偏振光；
(3.4)产生的s偏振光经过第一布儒斯特镜(10)以56.7°入射角反射至带电动导轨的s光全反镜(11)，产生激光振荡；
(3.5)第一块块状掺杂MgO：LN晶体(8)撤去半波电压，p偏振光经p光输出镜(12)输出p偏振脉冲激光。
4.根据权利要求3所述的输出方法，其特征是：所述激光装置产生电光非偏振脉冲光的方法包括如下步骤：
(4.1)泵浦源(2)给激光增益介质(3)提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(4.2)电光控制装置(14)中B按钮打开，对双45°-MgO：LN晶体(4)施加横向半波电压做开/断切换操作；
(4.3)当双45°-MgO：LN晶体(4)施加半波电压时，激光逸出腔外；退去半波电压时，非偏振激光从第二输出镜(7)实现电光非偏振脉冲激光输出。
5.根据权利要求3所述的输出方法，其特征是：所述激光装置产生声光s偏振脉冲激光的方法包括如下步骤：
(5.1)泵浦源(2)给激光增益介质(3)提供能量后，产生非偏振的受激荧光辐射；
(5.2)电光控制装置(14)始终对双45°-MgO：LN晶体(4)施加横向半波电压，将非偏振受激荧光分离出s偏振光；
(5.3)打开所述b子按钮，第二光隔离器开关(16)打开，s偏振光经声光晶体(5)调制后，经由第一输出镜(6)输出s偏振脉冲激光。
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