CN111313219A - 一种双模式脉冲固体激光器 - Google Patents

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陈爔
李玉瑶
丁伟
田明
罗宽
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Abstract

本发明提供的一种双模式脉冲固体激光器，其包括高反镜A(10)、增益模块(11)、偏振分光棱镜A(12)、电光调制器(13)、四分之一波片(14)、输出镜A(15)、相位调制器(20)、输出镜B(21)、高反镜B(22)、高反镜C(23)和偏振分光棱镜B(24)；与现有技术相比，本发明的优点在于：在一个激光器中包含电光调Q谐振腔和自由运转谐振腔，实现自由运转与电光调Q两种不同的工作模式，达到微秒级脉冲与纳秒级脉冲同步输出或切换输出的效果。

Description

一种双模式脉冲固体激光器
技术领域
本发明涉及一种双模式脉冲固体激光器，属于光电子激光技术领域。
背景技术
由于微秒级(10-6s)脉冲与纳秒级(10-9s)脉冲的脉冲宽度差异，在激光加工、激光测试领域的应用范围也不同，有些应用往往需要这两种脉冲宽度的激光束同步输出或切换输出。较为通用的方式是在一个系统中集成两台脉冲宽度分别为微秒级和纳秒级脉冲的激光器，此种方法造成了设备成本高、系统复杂且稳定性差的问题，且无法精确控制两台激光器的具体参数，限制了双模式激光器在实际激光加工、激光测试领域的相关应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种双模式脉冲固体激光器，在一个激光器中实现自由运转与电光调Q两种不同的工作模式，达到微秒级脉冲与纳秒级脉冲同步输出或切换输出的效果。
如附图1所示，本发明提供的一种双模式脉冲固体激光器，由高反镜A10、增益模块11、偏振分光棱镜A12、电光调制器13、四分之一波片14、输出镜A15、相位调制器20、输出镜B21、高反镜B22、高反镜C23和偏振分光棱镜B24组成；其中高反镜A10、增益模块11、偏振分光棱镜A12、电光调制器13、四分之一波片14和输出镜A15构成电光调Q谐振腔，用于输出P向偏振、纳秒级脉冲宽度的调Q激光；其中高反镜A10、增益模块11、偏振分光棱镜A12、相位调制器20和输出镜B21构成自由运转谐振腔，用于输出S向偏振、微秒级脉冲宽度的自由运转激光；
所述的一种双模式脉冲固体激光器电光调Q、自由运转两种模式同步输出的工作过程为：在增益模块11工作状态下，当电光调制器13施加四分之一波电压时，则所述的电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲，调节相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则所述的自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲，即电光调Q、自由运转双模式同步输出；
所述的一种双模式脉冲固体激光器电光调Q、自由运转两种模式切换输出的工作过程为：在增益模块11工作状态下，当电光调制器13施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲，调节相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加π/2奇数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔无激光输出；当电光调制器13不施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔无纳秒级调Q脉冲输出，调节相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲，即电光调Q模式无输出激光，自由运转模式输出激光；
所述的高反镜A10优选BK7或石英材料制作的平面镜或凹面镜，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光的高反射膜，反射率高于99.5％，用作所述的一种双模式脉冲固体激光器的高反射谐振腔镜；
所述的增益模块11由外界激励源与激光增益介质构成，用作所述的一种双模式脉冲固体激光器的激光产生源，产生1064nm波长的增益光；
所述的偏振分光棱镜A12、偏振分光棱镜B24为格兰激光棱镜，所述的偏振分光棱镜A12位于增益模块11与电光调制器13之间，用于将增益模块11发射的光束分解成两个偏振方向相互垂直的P光与S光，P光透过所述偏振分光棱镜A12的分光面向右，S光被所述偏振分光棱镜A12的分光面反射向下；所述的偏振分光棱镜B24位于所述的一种双模式固体脉冲激光器的谐振腔外，将分别来电光调Q谐振腔的P光和自自由运转谐振腔的S光合成一束激光；
所述的电光调制器13优选KD*P电光Q开关或BBO电光Q开关或LiNbO3电光Q开关，位于所述偏振分光棱镜A12与四分之一波片14之间，当所述电光调制器13施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲；当所述电光调制器13不施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔无激光输出，从而实现电光调Q谐振腔的输出与关断控制；
所述的四分之一波片14优选石英或方解石或云母材料制作的π/2相位延迟片，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光的增透膜，透射率高于99.6％，位于电光调制器13与输出镜A15之间，用于对电光调Q谐振腔内单次通过的增益光束附加π/2的相位延迟；
所述的输出镜A15、输出镜B21优选BK7或石英材料制作的平面镜或凹面镜，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光部分反射膜，透射率在5％至50％之间，分别用作电光调Q谐振腔与自由运转谐振腔的输出腔镜；
所述相位调制器20优选电光调制器或磁光调制器或可控旋转四分之一波片，当调节所述相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲；当调节所述相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加π/2的相位延迟，从而实现自由运转谐振腔的输出与关断控制；
所述高反镜B22、高反镜C23优选BK7或石英材料制作的平面镜，其表面镀制对45°角入射1064nm波长激光的高反射膜，反射率高于99.5％，用于实现自由运转激光光束方向的折转。
有益效果：本发明提供的一种双模式脉冲固体激光器，在一个激光器中实现自由运转与电光调Q两种不同的工作模式，能够实现微秒级与纳秒级激光脉冲同步输出或切换输出。
附图说明
图1是一种双模式固体脉冲激光器光路示意图
图中：10-高反镜A，11-增益模块，12-偏振分光棱镜A，13-电光调制器，14-四分之一波片，15-输出镜A，20-相位调制器，21-输出镜B，22-高反镜B，23-高反镜C，24-偏振分光棱镜B。
具体实施方式
实施例1一种双模式脉冲固体激光器。
如附图1所示，本发明提供的一种双模式脉冲固体激光器包括高反镜A10、增益模块11、偏振分光棱镜A12、电光调制器13、四分之一波片14、输出镜A15、相位调制器20、输出镜B21、高反镜B22、高反镜C23和偏振分光棱镜B24；其中高反镜A10、增益模块11、偏振分光棱镜A12、电光调制器13、四分之一波片14和输出镜A15构成电光调Q谐振腔，用于输出P向偏振、纳秒级脉冲宽度的调Q激光；其中高反镜A10、增益模块11、偏振分光棱镜A12、相位调制器20和输出镜B21构成自由运转谐振腔，用于输出S向偏振、微秒级脉冲宽度的自由运转激光；
所述的一种双模式脉冲固体激光器电光调Q、自由运转两种模式同步输出的工作过程为：当电光调制器13施加四分之一波电压时，则所述的电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲，调节相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则所述的自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲，即电光调Q、自由运转双模式同步输出；
所述的一种双模式脉冲固体激光器电光调Q、自由运转两种模式切换输出的工作过程为：当电光调制器13施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲，调节相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加π/2奇数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔无激光输出；当电光调制器13不施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔无纳秒级调Q脉冲输出，调节相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲，即电光调Q模式无输出激光，自由运转模式输出激光；
所述的高反镜A10优选BK7或石英材料制作的平面镜或凹面镜，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光的高反射膜，反射率为99.8％，用作所述的一种双模式脉冲固体激光器的高反射谐振腔镜；
所述的增益模块11由外界激励源与激光增益介质构成，用作所述的一种双模式脉冲固体激光器的激光产生源，产生1064nm波长的增益光；
所述的偏振分光棱镜A12、偏振分光棱镜B24为格兰激光棱镜，所述的偏振分光棱镜A12位于增益模块11与电光调制器13之间，用于将增益模块11发射的光束分解成两个偏振方向相互垂直的P光与S光，P光透过所述偏振分光棱镜A12的分光面向右，S光被所述偏振分光棱镜A12的分光面反射向下；所述的偏振分光棱镜B24位于所述的一种双模式固体脉冲激光器的谐振腔外，将分别来电光调Q谐振腔的P光和自自由运转谐振腔的S光合成一束激光；
所述的电光调制器13为KD*P电光Q开关或BBO电光Q开关或LiNbO3电光Q开关，位于所述偏振分光棱镜A12与四分之一波片14之间，当所述电光调制器13施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲；当所述电光调制器13不施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔无激光输出，从而实现电光调Q谐振腔的输出与关断控制；
所述的四分之一波片14为石英或方解石或云母材料制作的π/2相位延迟片，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光的增透膜，透射率为99.7％，位于电光调制器13与输出镜A15之间，用于对电光调Q谐振腔内单次通过的增益光束附加π/2的相位延迟；
所述的输出镜A15、输出镜B21为BK7或石英材料制作的平面镜或凹面镜，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光部分反射膜，透射率分别为10％和20％，分别用作电光调Q谐振腔与自由运转谐振腔的输出腔镜；
所述相位调制器20为电光调制器或磁光调制器或可控旋转四分之一波片，当调节所述相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲；当调节所述相位调制器20对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加π/2的相位延迟，从而实现自由运转谐振腔的输出与关断控制；
所述高反镜B22、高反镜C23为BK7或石英材料制作的平面镜，其表面镀制对45°角入射1064nm波长激光的高反射膜，反射率为99.7％，用于实现自由运转激光光束方向的折转。

Claims (1)

1.一种双模式脉冲固体激光器，其特征在于包括高反镜A(10)、增益模块(11)、偏振分光镜A(12)、电光调制器(13)、四分之一波片(14)、输出镜A(15)、相位调制器(20)、输出镜A(21)、高反镜B(22)、高反镜C(23)和偏振分光棱镜B(24)；其中高反镜A(10)、增益模块(11)、偏振分光棱镜A(12)、电光调制器(13)、四分之一波片(14)和输出镜A(15)构成电光调Q谐振腔；其中高反镜A(10)、增益模块(11)、偏振分光棱镜A(12)、相位调制器(20)和输出镜B(21)构成自由运转谐振腔；
所述的一种双模式脉冲固体激光器电光调Q、自由运转两种模式同步输出的工作过程为：在增益模块(11)工作状态下，当电光调制器(13)施加四分之一波电压时，则所述的电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲，调节相位调制器(20)对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则所述的自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲，即电光调Q、自由运转双模式同步输出；
所述的一种双模式脉冲固体激光器电光调Q、自由运转两种模式切换输出的工作过程为：在增益模块(11)工作状态下，当电光调制器(13)施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔输出纳秒级调Q激光脉冲，调节相位调制器(20)对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加π/2奇数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔无激光输出；当电光调制器(13)不施加四分之一波电压，则电光调Q谐振腔无纳秒级调Q脉冲输出，调节相位调制器(20)对自由运转谐振腔内单次通过的增益光附加2π整数倍的相位延迟，则自由运转谐振腔输出微秒级自由运转激光脉冲，即电光调Q模式无输出激光，自由运转模式输出激光；
所述的高反镜A(10)为BK7或石英材料制作的平面镜或凹面镜，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光的高反射膜，反射率高于99.5％；
所述的增益模块(11)由外界激励源与激光增益介质构成；
所述的偏振分光棱镜A(12)、偏振分光棱镜B(24)为格兰激光棱镜；
所述的电光调制器(13)为KD*P电光Q开关或BBO电光Q开关或LiNbO3电光Q开关，位于所述偏振分光镜A(12)与四分之一波片(14)之间；
所述的四分之一波片(14)为石英或方解石或云母材料制作的π/2相位延迟片，其表面镀制对0°角入射1064nm波长激光的增透膜，透射率高于99.6％，位于电光调制器13与输出镜A15之间；
所述的输出镜A(15)、输出镜B(21)为BK7或石英材料制作的平面镜或凹面镜，其表面镀的光学薄膜对0°角入射1064nm波长激光的透射率在5％至50％之间；
所述的相位调制器(20)为电光调制器或磁光调制器或可控旋转四分之一波片；
所述高反镜B(22)、高反镜C(23)为BK7或石英材料制作的平面镜，其表面镀制对45°角入射1064nm波长激光的高反射膜，反射率高于99.5％。
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