CN112421372B - 一种横向调制kdp型电光q开关 - Google Patents
一种横向调制kdp型电光q开关 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112421372B CN112421372B CN202011598774.0A CN202011598774A CN112421372B CN 112421372 B CN112421372 B CN 112421372B CN 202011598774 A CN202011598774 A CN 202011598774A CN 112421372 B CN112421372 B CN 112421372B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical
- kdp
- switch
- crystals
- crystal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 86
- 230000005684 electric field Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 239000007836 KH2PO4 Substances 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N ammonium dihydrogen phosphate Chemical compound [NH4+].OP(O)([O-])=O LFVGISIMTYGQHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 2
- 229910000402 monopotassium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M potassium dihydrogen phosphate Chemical compound [K+].OP(O)([O-])=O GNSKLFRGEWLPPA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000008832 photodamage Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
- H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
- H01S3/11—Mode locking; Q-switching; Other giant-pulse techniques, e.g. cavity dumping
- H01S3/1123—Q-switching
- H01S3/115—Q-switching using intracavity electro-optic devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
本发明提供了一种横向调制KDP型电光Q开关，其特征在于：将两块相同的KDP型晶体组合，所述KDP型晶体切型为
，其中x、 z代表KDP型晶体的各晶轴，l、b分别代表切割晶体的长度和宽度方向，角度θ的取值范围为
，所述KDP型晶体的长度方向为通光方向、厚度方向为加电场方向。本发明电光Q开关的半波电压可调，开关形状和电极均易制备，电场更加均匀，因而消光比更高，并且本发明电光Q开关的自然双折射及其受温度的影响更小，对匹配用两晶体的长度偏差、温度偏差等要求更低，容许范围更大，更加实用。
Description
技术领域
本发明涉及调Q激光器件领域，具体涉及一种横向调制KDP型电光Q开关。
背景技术
在激光技术领域，调Q技术是获得脉冲激光的重要方式之一，Q开关器件是脉冲激光器中必不可少的关键元件。常用的调Q技术主要有被动调Q、声光调Q和电光调Q三种。相比于其他两种调Q技术，电光调Q作为一种主动调Q技术，具有开关速率高、关断能力强、工作状态稳定、便于和其他应用设备在时序上同步等优点，易于获得纳秒级的短脉冲激光，输出激光的峰值功率可达数百兆瓦，因此，电光Q开关器件在脉冲激光器中获得了广泛的应用。
KDP型晶体是少数可实用化的电光晶体之一，也是最早实用化的一类电光晶体。这类晶体生长技术比较成熟，容易生长成大尺寸高光学质量的晶体，且生长成本较低、电光系数较大、抗光损伤阈值较高。因此，这类晶体在已知电光晶体材料中应用最为广泛，特别在民用领域激光器中得到了大量应用，并且其是目前能够满足激光惯性约束核聚变（ICF）应用需求的唯一晶体。
为了避免自然双折射的影响，现有KDP型电光Q开关主要采用的是纵向调制方式，即通光和电场方向相同，均沿光轴方向。这种方式下，一方面必需采用环状电极，开关形状和电极制备难度较大，且电场不易均匀，导致开关不够严，动态消光比较低；另一方面，半波电压高且不可调。
有研究者曾提出一种横向调制运用方式，晶体为45°-z切割，沿z轴方向加电场，通光方向在xoy平面内并且与x、y轴成45°，这种方式下半波电压可通过增加纵横比来降低，但存在自然双折射，需要采用双块晶体补偿，由于通光方向和光轴成90°，自然双折射是最大的，其受温度的影响也最大，导致开关性能极不稳定，对两块晶体的温差、加工偏差以及晶体光学质量等都非常敏感，因此并没有得到实际应用。
发明内容
本发明提出了一种横向调制KDP型电光Q开关，通过优化设计通光和电场方向，在保证横向调制的前提下，利用最大有效电光系数，并增大两晶体温差、加工偏差的容许范围，提高开关的消光比，以满足实际应用需求。
实现本发明的技术方案是：
一种横向调制KDP型电光Q开关，将两块相同的KDP型晶体按照特殊的设计切型和配对方位组合而成，每块晶体均采用特殊角度切割，两块晶体的材料、切型、尺寸、膜层镀制等完全相同，所述KDP型晶体切型为
，其中x、z代表KDP型晶体的各晶轴，l、b分别代表切割晶体的长度和宽度方向，角度θ的取值范围为
，所述KDP型晶体的长度方向为通光方向，通光方向的两端面抛光并镀有激光增透膜，厚度方向为加电场方向，厚度方向的两晶面镀有金属膜。
所述两块KDP型晶体按照厚度或宽度方向相互垂直、长度方向取向一致进行组合，通过机械夹具或者光学胶合剂进行固定。
所述KDP型晶体为KH2PO4 (KDP)晶体、KD2PO4 (DKDP)晶体或NH4H2PO4 (ADP)晶体中的任意一种。
所述电光Q开关应用于激光器中，在激光器中应用时，通光面与激光传播方向垂直，晶体厚度或宽度方向与激光器中偏振镜的透振方向成45°，两块晶体上所加电压极性相反。
优选地，将两块KDP型晶体按照相同方位放置，即厚度、宽度、长度方向分别平行，然后在两块晶体之间放置应用波长的1/2波片，1/2波片的长轴和短轴与晶体的厚度或宽度方向成45°；在激光谐振腔中应用时，通光面和激光传播方向垂直，晶体厚度或宽度方向和偏振镜的透振方向成45°，两块晶体上所加电压极性相反。
本发明的有益效果是：
（1）通过研究KDP型晶体沿任意方向加电场、沿任意方向通光时的电光效应大小，在保证横向调制的前提下，优选出电光效应最大的配置方式，设计出合理的开关构型，相比于传统的纵向调制KDP型电光Q开关，本发明电光Q开关的半波电压可调，开关形状和电极均易制备，且电场更加均匀，因而消光比更高。
（2）相比于45°-z切割的横向调制KDP型电光Q开关，本发明电光Q开关利用的有效电光系数更大，半波电压更低。例如，对于
切割的电光Q开关，其半波电压比同尺寸45°-z切割的电光Q开关降低了22%左右。除此之外，本发明的通光方向与光轴的夹角θ远小于90°，由于自然双折射及其温度效应与
成正比，因此本发明电光Q开关的自然双折射及其受温度的影响更小，对匹配用两晶体的长度偏差、温度偏差等要求更低，容许范围更大，更加实用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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为晶体切型为
的示意图，图中x、y、z轴代表KDP型晶体的各晶轴，l、 b、t分别代表切割晶体的长度、宽度和厚度方向；
图2为本发明横向调制KDP型电光Q开关的一种结构示意图，每块晶体切型如图1所示。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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付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。
实施例1
本实施例中，采用DKDP晶体制备横向调制电光Q开关，设计Q开关晶体切型为
，单块晶体尺寸为9mm×9mm×10mm (厚度t×宽度b×长度l)，应用于激光波长为1064 nm的激光器。
按照设计切型和尺寸切割出两块相同规格的DKDP晶体，长度方向的两端面抛光并镀制1064nm的激光增透膜，厚度方向的两晶面上镀制Au/Ti电极，利用机械夹具将两块晶体组合在一起，使其长度方向平行，厚度或宽度方向相互垂直，且使两块晶体上所加电压极性相反，如图2所示，然后将晶体封装在两端带有通光窗口的机械壳内，两通光窗口表面镀有1064nm激光增透膜。
将此横向调制DKDP电光Q开关应用在Nd:YAG激光器中，使通光面与激光传播方向垂直，开关厚度或宽度方向与激光器中偏振镜的透振方向成45°。在1/4波电压加压式调Q方式下，实现了电光调Q的目的。不加电压时，光路能够完全关断。施加1/4波调Q高压时，获得了稳定的脉冲激光输出。1/4波电压为2200V，重复频率为10Hz时，单脉冲输出能量约为160mJ，脉冲宽度约为10ns。
实施例2
本实施例中，采用DKDP晶体制备横向调制电光Q开关，设计Q开关晶体切型为
，单块晶体尺寸为9mm×9mm×10mm (厚度t×宽度b×长度l)，应用于激光波长为1064 nm的激光器。
按照设计切型和尺寸切割出两块相同规格的DKDP晶体，长度方向的两端面抛光并镀制1064nm的激光增透膜，厚度方向的两晶面上镀制Au/Ti电极，利用机械夹具将两块晶体组合在一起，使其长度方向平行，厚度或宽度方向相互垂直，且使两块晶体上所加电压极性相反，如图2所示，然后将晶体封装在两端带有通光窗口的机械壳内，两通光窗口表面镀有1064nm激光增透膜。
将此横向调制DKDP电光Q开关应用在Nd:YAG激光器中，使通光面与激光传播方向垂直，开关厚度或宽度方向与激光器中偏振镜的透振方向成45°。在1/4波电压加压式调Q方式下，实现了电光调Q的目的。不加电压时，光路能够完全关断。施加1/4波调Q高压时，获得了稳定的脉冲激光输出。1/4波电压为2800V，重复频率为10Hz时，单脉冲输出能量约为160mJ，脉冲宽度约为10ns。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种横向调制KDP型电光Q开关，其特征在于：将两块相同的KDP型晶体组合，所述KDP型晶体切型为
，其中x、z代表KDP型晶体的各晶轴，l、b分别代表切割晶体的长度和宽度方向，角度θ的取值范围为
，所述KDP型晶体的长度方向为通光方向、厚度方向为加电场方向；
所述两块KDP型晶体按照厚度或宽度方向相互垂直、长度方向取向一致进行组合，通过机械夹具或者光学胶合剂进行固定。
2.根据权利要求1所述的横向调制KDP型电光Q开关，其特征在于：所述KDP型晶体的长度方向的两端面抛光并镀有激光增透膜，厚度方向的两晶面镀有金属膜。
3.根据权利要求1所述的横向调制KDP型电光Q开关，其特征在于：所述KDP型晶体为KH2PO4 (KDP)晶体、KD2PO4 (DKDP)晶体或NH4H2PO4 (ADP)晶体中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的横向调制KDP型电光Q开关，其特征在于：所述电光Q开关应用于激光器中，在激光器中应用时，通光面与激光传播方向垂直，晶体厚度或宽度方向与激光器中偏振镜的透振方向成45°，两块晶体上所加电压极性相反。
5.根据权利要求1所述的横向调制KDP型电光Q开关，其特征在于：将两块KDP型晶体按照相同方位放置，即厚度、宽度、长度方向分别平行，然后在两块晶体之间放置应用波长的1/2波片，1/2波片的长轴和短轴与晶体的厚度或宽度方向成45°；在激光谐振腔中应用时，通光面和激光传播方向垂直，晶体厚度或宽度方向和偏振镜的透振方向成45°，两块晶体上所加电压极性相反。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011598774.0A CN112421372B (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种横向调制kdp型电光q开关 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011598774.0A CN112421372B (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种横向调制kdp型电光q开关 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112421372A CN112421372A (zh) | 2021-02-26 |
| CN112421372B true CN112421372B (zh) | 2022-03-18 |
Family
ID=74783123
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011598774.0A Active CN112421372B (zh) | 2020-12-30 | 2020-12-30 | 一种横向调制kdp型电光q开关 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112421372B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113471802B (zh) * | 2021-07-12 | 2023-01-24 | 河南工程学院 | 一种低电压双块晶体电光q开关 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101310922A (zh) * | 2008-02-29 | 2008-11-26 | 哈尔滨工业大学 | 磷酸二氢钾晶体潮解抛光方法 |
| CN105470801A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-06 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Kdp调q开关 |
| CN106831152A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-13 | 河南工程学院 | 一种园林植物的育苗基质及其制备方法 |
| CN108767650A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-06 | 南开大学 | 一种功能复合电光q开关 |
| WO2019002820A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | M Squared Lasers Limited | ELECTRO-OPTICAL MODULATOR |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3429636A (en) * | 1964-02-07 | 1969-02-25 | Westinghouse Electric Corp | Electro-optical light modulation means using birefringent crystals |
| US20130294465A1 (en) * | 2012-05-07 | 2013-11-07 | Continuum | HIGHLY EFFICIENT 3rd HARMONIC GENERATION IN Nd: YAG LASER |
| CN104931812B (zh) * | 2015-05-15 | 2018-02-02 | 南开大学 | 一种测量电光晶体电光系数的方法及装置 |
| CN107465105B (zh) * | 2017-07-31 | 2019-12-06 | 北京中材人工晶体研究院有限公司 | 一种双轴晶电光调q开关及其制备方法 |
| CN111082301B (zh) * | 2019-12-31 | 2022-01-14 | 哈尔滨工程大学 | 一种基于双45°-MgO:LN腔倒空式正交偏振同步脉冲激光生成方法 |
-
2020
- 2020-12-30 CN CN202011598774.0A patent/CN112421372B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101310922A (zh) * | 2008-02-29 | 2008-11-26 | 哈尔滨工业大学 | 磷酸二氢钾晶体潮解抛光方法 |
| CN105470801A (zh) * | 2015-12-08 | 2016-04-06 | 中国航空工业集团公司洛阳电光设备研究所 | Kdp调q开关 |
| CN106831152A (zh) * | 2017-02-27 | 2017-06-13 | 河南工程学院 | 一种园林植物的育苗基质及其制备方法 |
| WO2019002820A1 (en) * | 2017-06-29 | 2019-01-03 | M Squared Lasers Limited | ELECTRO-OPTICAL MODULATOR |
| CN108767650A (zh) * | 2018-06-15 | 2018-11-06 | 南开大学 | 一种功能复合电光q开关 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Novel type of cut for KDP crystals for low-voltage light modulation;K.Hookabe等;《Electronics Letters》;19700721;第6卷(第17期);第550-551页 * |
| Optimum cut in XDP crystals for transverse light modulation;G.E.Francois等;《Electronics Letters》;19701126;第6卷(第24（1970）期);第778-779页 * |
| 横向电光调制;蓝信钜;《激光技术》;19951231;第13-14页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112421372A (zh) | 2021-02-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201528122U (zh) | 一种硅酸镓电光晶体调q激光器 | |
| CN1166039C (zh) | 一种晶体电光q开关器件 | |
| CN211017728U (zh) | 一种高抗振性面泵浦大能量调q激光器 | |
| CN112421372B (zh) | 一种横向调制kdp型电光q开关 | |
| Zayhowski et al. | Mid-and high-power passively Q-switched microchip lasers | |
| CN103424894A (zh) | 偏振无关电光强度调制器 | |
| CN108767650B (zh) | 一种功能复合电光q开关 | |
| CN102545018B (zh) | 半导体激光器泵浦的低重复频率全固态皮秒蓝光激光器 | |
| CN103259182B (zh) | 奇次通过旋光性晶体的宽波段通用电光调q开关及调q激光器 | |
| CN111969398A (zh) | 一种基于石墨烯可饱和吸收器件的电压可控全固态被动调q激光器 | |
| US20020181514A1 (en) | Electro-optic modulator material | |
| CN108521070B (zh) | 一种基于四方相钽铌酸钾晶体的低电压驱动电光调q开关 | |
| CN112382920B (zh) | 低电压叠层铌酸锂电光q开关 | |
| CN201490565U (zh) | 一种电光q开关的结构 | |
| CN102983490B (zh) | 一种补偿走离和静态双折射的ktp调q参量双功能器件 | |
| CN102723661B (zh) | 调q方式快速切变的电光、声光双调q脉冲激光器 | |
| CN116191192A (zh) | 一种调q方式可切换的激光器 | |
| CN110829172B (zh) | 一种重频2倍于电光调q频率的激光输出方法及激光器 | |
| CN102946043A (zh) | 电光及旋光热效应补偿复合功能硅酸镓晶体调q激光器 | |
| CN107465105A (zh) | 一种双轴晶电光调q开关及其制备方法 | |
| CN110932069B (zh) | 超高重频窄脉冲单波长交替调q激光输出方法及激光器 | |
| Kato | High-efficiency high-power second-harmonic generation at 5321 Å in meta-nitraniline | |
| Yin et al. | Continuous wave and passively Q-switched laser performance of a composite crystal bonded with three Nd: YVO 4 single crystals | |
| CN105006737A (zh) | 基于磷酸钛氧铷晶体的电光、倍频功能复合的绿光激光器及其工作方法 | |
| CN220603737U (zh) | 一种由薄片双折射晶体组合制成的平板波导 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231220 Address after: 450000 No. 12, Dongqing street, high tech Development Zone, Zhengzhou City, Henan Province Patentee after: Zhengzhou Hengrui Environmental Technology Co.,Ltd. Address before: 451191 Xianghe Road, Longhu Town, Zhengzhou City, Henan Province Patentee before: HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING |
|
| TR01 | Transfer of patent right |