CN112290368A - 一种被动调q激光重复频率稳定装置 - Google Patents

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程勇
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魏靖松
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Abstract

本发明公开了一种被动调Q激光重复频率稳定装置，包括激光电源，还包括激光二极管泵浦源、泵浦光整形镜、激光晶体、激光晶体温控模块、输出光准直镜和光电探测器，本发明消除泵浦源输出功率抖动和晶体热效应带来的激光器输出重复频率变化，结构简单可靠，可用于被动调Q激光器领域。

Description

一种被动调Q激光重复频率稳定装置
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及一种被动调Q激光重复频率稳定装置。
背景技术
Cr4+:YAG被动调Q激光器可实现高重复频率、短脉冲、窄线宽、高光束质量输出，在激光加工、科学研究以及国防等领域有着重要且广泛的应用前景，是激光技术重要的研究方向。
虽然采用Cr4+:YAG晶体作为可饱和吸收体的被动调Q激光器具有诸多优点，但是由于可饱和吸收体Cr4+:YAG晶体的恢复速度比较慢，且存在光学双稳态效应，在泵浦光功率的不稳定或者工作环境变化的情况下，被动调Q输出脉冲激光的稳定性会发生很大的变化，如重复频率改变、脉宽改变等，严重影响实际应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种被动调Q激光重复频率稳定装置。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种被动调Q激光重复频率稳定装置，包括激光电源，还包括激光二极管泵浦源、泵浦光整形镜、激光晶体、激光晶体温控模块、输出光准直镜和光电探测器，
激光二极管泵浦源的出射光依次经过泵浦光整形镜、激光晶体、输出光准直镜后输出，
激光电源提供温控信号给激光二极管泵浦源，激光电源还提供重复频率、泵浦宽度和电流可调的泵浦驱动信号给激光二极管泵浦源，
激光电源通过激光晶体温控模块调节激光晶体温度，
准直镜表面的少量后向散射调Q激光脉冲经光电探测器接收后送至激光电源。
如上所述的激光晶体由Nd:YAG晶体和Cr4+:YAG晶体键合而成，Nd:YAG晶体朝向泵浦光整形镜，Cr4+:YAG晶体朝向输出光准直镜。
如上所述的Nd:YAG晶体的通光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的全反射膜，Cr4+:YAG晶体的同光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的部分透过率膜。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
本发明可以通过实时监控泵浦功率、激光晶体的工作温度变化和输出激光的重复频率对泵浦驱动信号进行控制，消除泵浦源输出功率抖动和晶体热效应带来的激光器输出重复频率变化，结构简单可靠，可用于被动调Q激光器领域。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的泵浦驱动信号与输出光(调Q激光脉冲)的波形示意图。
具体实施方式
为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
一种被动调Q激光重复频率稳定装置，包括激光二极管泵浦源1、泵浦光整形镜2、激光晶体3、激光晶体温控模块4、输出光准直镜5、光电探测器6和激光电源7，
激光二极管泵浦源1的出射光依次经过泵浦光整形镜2、激光晶体3、输出光准直镜5后输出。
激光电源7与激光二极管泵浦源1连接，激光电源7给激光二极管泵浦源1提供温控信号和重复频率、泵浦宽度和电流可调的泵浦驱动信号。
激光电源7与激光晶体温控模块4连接，激光电源7通过激光晶体温控模块4调节激光晶体3的温度。
激光电源7与光电探测器6连接，输出光准直镜5表面的少量后向散射调Q激光脉冲经光电探测器6接收后送至激光电源7。
激光晶体3由Nd:YAG晶体和Cr4+:YAG晶体键合而成，Nd:YAG晶体朝向泵浦光整形镜2，Cr4+:YAG晶体32朝向输出光准直镜5，Nd:YAG晶体的通光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的全反射膜，Cr4+:YAG晶体的同光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的部分透过率膜；
或者激光晶体3由Nd:YVO4晶体和Cr4+:YAG晶体键合而成，Nd:YVO4晶体朝向泵浦光整形镜2，Cr4+:YAG晶体32朝向输出光准直镜5，Nd:YVO4晶体的通光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的全反射膜，Cr4+:YAG晶体的同光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的部分透过率膜，
依靠Nd:YAG晶体或Nd:YVO4晶体的通光面镀设的1.06μm的全反射膜，以及Cr4+:YAG晶体的通光面镀设的1.06μm的部分透过率膜构成激光谐振腔。
激光二极管泵浦源1输出的808nm波长泵浦光经泵浦光整形镜2整形后聚焦在激光晶体3内；激光晶体3吸收泵浦光后形成粒子数反转，当腔内光子数增加，Cr4+:YAG晶体被“漂白”时，形成1.06μm激光振荡并输出，直至反转粒子数降低到振荡阈值以下，停止激光振荡，结束一个调Q激光脉冲输出，输出的激光经输出光准直镜5准直后输出。激光电源接收光电探测器6测得的调Q激光脉冲的重复频率，并为激光二极管泵浦源1、激光晶体温控模块4供电，根据调Q激光脉冲的重复频率，对激光二极管泵浦源1、激光晶体温控模块4进行闭环反馈控制，实现重复频率稳定，在本实施例中，上述闭环反馈控制由商业的激光电源实现，不涉及程序的改进。
实施例2
一种被动调Q激光重复频率稳定方法，利用实施例所述的一种被动调Q激光重复频率稳定装置，包括以下步骤：
激光电源7给激光二极管泵浦源1提供温控信号，还提供重复频率、泵浦宽度和电流可调的泵浦驱动信号，同时接收激光晶体温控模块4反馈的实时工作温度，同时接收光电探测器6反馈的调Q激光脉冲的重复频率和输出功率并进行闭环稳定控制。
激光电源7给激光晶体温控模块4的调温单元提供温控电流并通过激光晶体温控模块4的温度传感单元监测激光晶体温控模块4的实时工作温度，通过闭环控制稳定激光晶体3的温度。
激光二极管泵浦源1输出的泵浦光经泵浦光整形镜2后聚焦在激光晶体3内，泵浦光强度满足激光器在一个脉冲驱动周期内输出一个调Q激光脉冲的工作要求，调Q激光脉冲经过输出光准直镜5准直后输出。
输出光准直镜5表面的少量后向散射调Q激光脉冲经光电探测器6接收后送至激光电源7，激光电源7分析调Q激光脉冲的重复频率并与激光二极管泵浦源1的泵浦驱动信号的重复频率比较，
若调Q激光脉冲的重复频率小于泵浦驱动信号的重复频率，且激光二极管泵浦源1的工作温度未变而输出的泵浦功率降低，则增加泵浦驱动信号的电流，直至调Q激光脉冲的重复频率与泵浦驱动信号的重复频率一致；
若调Q激光脉冲的重复频率大于泵浦驱动信号的重复频率，且激光二极管泵浦源1的工作温度未变而输出的泵浦功率升高，则减小泵浦驱动信号的电流，直至调Q激光脉冲的重复频率与泵浦驱动信号的重复频率一致；
若调Q激光脉冲的重复频率与泵浦驱动信号的重复频率不一致，且激光二极管泵浦源1的工作温度和输出的泵浦功率均未改变，则激光电源7通过激光晶体温控模块4改变激光晶体3的工作温度，直至调Q激光脉冲的重复频率与泵浦驱动信号的重复频率一致。
需要指出的是，本发明中所描述的具体实施例仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (3)

1.一种被动调Q激光重复频率稳定装置，包括激光电源(7)，其特征在于，还包括激光二极管泵浦源(1)、泵浦光整形镜(2)、激光晶体(3)、激光晶体温控模块(4)、输出光准直镜(5)和光电探测器(6)，
激光二极管泵浦源(1)的出射光依次经过泵浦光整形镜(2)、激光晶体(3)、输出光准直镜(5)后输出，
激光电源(7)提供温控信号给激光二极管泵浦源(1)，激光电源(7)还提供重复频率、泵浦宽度和电流可调的泵浦驱动信号给激光二极管泵浦源(1)，
激光电源(7)通过激光晶体温控模块(4)调节激光晶体(3)的温度，
准直镜(5)表面的少量后向散射调Q激光脉冲经光电探测器(6)接收后送至激光电源(7)。
2.根据权利要求1所述的一种被动调Q激光重复频率稳定装置，其特征在于，所述的激光晶体(3)由Nd:YAG晶体(31)和Cr4+:YAG晶体(32)键合而成，Nd:YAG晶体朝向泵浦光整形镜(2)，Cr4+:YAG晶体(32)朝向输出光准直镜(5)。
3.根据权利要求1所述的一种被动调Q激光重复频率稳定装置，其特征在于，所述的Nd:YAG晶体的通光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的全反射膜，Cr4+:YAG晶体的同光面镀有808nm的增透膜和1.06μm的部分透过率膜。
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