CN113078544A - 一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器及方法 - Google Patents

Abstract

本公开公开了一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器及方法，所述激光器中：快速光电探测器、第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质、第二输出镜从左至右依次放置；泵浦源置于所述增益介质的下方，用于利用其发出的泵浦光泵浦所述增益介质，使得增益介质实现足够的粒子数反转；电光开关电压波形控制器与所述电光开关电连接，用于为所述电光开关供电，控制所述电光开关内部的电光晶体电压，所述电光开关电压波形控制器还与所述快速光电探测器连接，用于接收所述快速光电探测器产生的电信号，此信号经电光开关电压波形控制器触发后输出多个高电平为四分之一电光晶体电压的方波信号。

Description

一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器及方法

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器及方法。

背景技术

脉冲组激光在脉冲激光测距、激光精密加工、激光与物质相互作用方面有很大应用需求。目前获得脉冲组激光的方法可分为脉冲泵浦、调Q和锁模三类。其中脉冲泵浦类主要是利用脉冲泵浦方法获得脉冲激光，这种方法脉冲频率低(通常小于1000Hz)，激光输出的脉冲宽度宽(微秒毫秒量级)；第二类为调Q方法，其中又包括脉冲泵浦脉冲调Q方法和连续泵浦调Q方法，其中脉冲泵浦脉冲调Q是为了解决脉冲泵浦获得脉冲宽度过宽的问题，提高峰值功率，但不能增加脉冲的频率。连续泵浦调Q方法是利用连续泵浦和高频调Q技术(如声光调Q或被动调Q)获得1～500kHz范围内的高频脉冲；第三类锁模可以获得GHz以上的高频脉冲。现有脉冲组脉冲频率已经实现了从Hz～kHz、kHz，GHz间隔的脉冲组输出，但对于纳秒间隔的MHz脉冲组输出技术手段非常匮乏。

发明内容

为了解决现有激光器存在的难以获得高效率的具有MHz间隔脉冲的脉冲组输出的问题，本发明提供一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器及方法。

根据本发明的一方面，提供一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器，所述激光器包括快速光电探测器、第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质、第二全反镜、泵浦源、电光开关电压波形控制器，其中：

所述快速光电探测器、第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质、第二输出镜从左至右依次放置；

所述泵浦源置于所述增益介质的下方，用于利用其发出的泵浦光泵浦所述增益介质，使得增益介质实现足够的粒子数反转；

所述电光开关电压波形控制器与所述电光开关电连接，用于为所述电光开关供电，控制所述电光开关内部的电光晶体电压，所述电光开关电压波形控制器还与所述快速光电探测器连接，用于接收所述快速光电探测器产生的电信号，此信号经电光开关电压波形控制器触发后输出多个高电平为四分之一电光晶体电压的方波信号。

可选地，所述第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质和第二全反镜构成所述激光器的谐振腔。

可选地，所述第一全反镜和第二全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜。

可选地，所述偏振片具有P偏振光高透和S偏振光高反的特性。

可选地，所述泵浦源与增益介质为侧面泵浦结构或端面泵浦结构。

可选地，所述快速光电探测器用于监测所述第一全反镜溢出的腔内激光，并产生与腔内激光同步的电信号。

可选地，所述电光开关利用横向电光效应或纵向电光效应制成。

可选地，所述四分之一波片用于实现经偏振片后入射的线偏振光与光的其他偏振态的相互转换。

根据本发明的另一方面，还提供一种利用上述任一所述激光器输出激光的方法，所述方法包括：

步骤S1，泵浦源发出泵浦光泵浦增益介质；

步骤S2，泵浦期间，电光开关电压波形控制器控制电光开关的施加电压为0，此时激光器谐振腔处于高损耗状态，增益介质储能，实现足够粒子数反转；

步骤S3，泵浦光泵浦脉冲处于下降沿时，所述电光开关电压波形控制器为所述电光开关施加四分之一电压，此时激光器谐振腔处于低损耗状态，增益介质的自发辐射信号光在谐振腔内振荡加强后形成激光；

步骤S4，从第一全反镜溢出的部分激光被快速光电探测器接收产生同步的电信号，此电信号经电光开关电压波形控制器触发，使电光开关电光晶体电压为0；

步骤S5，预设时间间隔后，再次重复步骤S3和步骤S4；

步骤S6，经过多个重复过程，获得经偏振片输出的多脉冲的脉冲组激光输出。

本发明的有益效果是：现有技术中纳秒脉冲间隔激光的获得是通过两台激光器外触发方式协调出光且结构复杂，而本发明通过延时触发即可获得MHz间隔可调的多脉冲的脉冲组激光输出，不仅可减少器件成本，还具有占地体积小，结构简单的优点。

附图说明

图1是根据本公开一实施例的基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器的结构示意图。

图2是根据本公开一实施例的泵浦和晶压波形时序示意图。

具体实施方式

下文中，将参考附图详细描述本公开实施例的示例性实施方式，以使本领域技术人员可容易地实现它们。此外，为了清楚起见，在附图中省略了与描述示例性实施方式无关的部分。

在本公开实施例中，应理解，诸如“包括”或“具有”等的术语旨在指示本说明书中所公开的特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合的存在，并且不欲排除一个或多个其他特征、数字、步骤、行为、部件、部分或其组合存在或被添加的可能性。

另外还需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开实施例。

图1是根据本公开一实施例的基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器的结构示意图，图2是根据本公开一实施例的泵浦和晶压波形时序示意图，如图1和图2所示，所述基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器包括：快速光电探测器1、第一全反镜2、电光开关3、四分之一波片4、偏振片5、增益介质6、第二全反镜7、泵浦源8、电光开关电压波形控制器9，其中：

所述快速光电探测器1、第一全反镜2、电光开关3、四分之一波片4、偏振片5、增益介质6、第二输出镜7从左至右依次放置；

所述泵浦源8置于所述增益介质6的下方，用于利用其发出的泵浦光泵浦所述增益介质6，使得增益介质6实现足够的粒子数反转；

所述电光开关电压波形控制器9与所述电光开关3电连接，用于为所述电光开关3供电，控制所述电光开关3内部的电光晶体电压，所述电光开关电压波形控制器9还与所述快速光电探测器1连接，用于接收所述快速光电探测器1产生的电信号，此信号经电光开关电压波形控制器9触发后输出多个高电平为四分之一电光晶体电压的方波信号。

所述第一全反镜2、电光开关3、四分之一波片4、偏振片5、增益介质6和第二全反镜7构成所述激光器的谐振腔。

在本公开一实施方式中，所述快速光电探测器1用于监测所述第一全反镜2溢出的腔内激光，并产生与腔内激光同步的电信号。

在本公开一实施方式中，所述第一全反镜2和第二全反镜7是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有高反射的作用。

在本公开一实施方式中，所述电光开关3可以利用横向电光效应或纵向电光效应制成。

在本公开一实施方式中，所述四分之一波片4用于实现经偏振片5后入射的线偏振光与光的其他偏振态的相互转换。

在本公开一实施方式中，所述偏振片5具有P偏振光高透和S偏振光高反的特性，其可以是布儒斯特片，也可以是格兰棱镜甚至是PBS分光棱镜，当所述偏振片5选用格兰棱镜或者PBS分光棱镜时，其通光面需要镀高透膜。

在本发明一实施方式中，所述增益介质6是用于实现粒子反转的增益介质。

在本发明一实施方式中，所述泵浦源8与增益介质6为侧面泵浦结构，但本发明并不限于此种泵浦结构，所述泵浦源8与增益介质6还可以是端面泵浦结构，即所述泵浦源8产生的泵浦光方向与所述激光器的光路方向一致或平行。

本发明一实施方式中，所述泵浦源8为用于提供泵浦光的器件，其类型不限，既可以是闪光灯泵浦，也可以是LD泵浦，还可以是其他提供泵浦光的器件。

基于上述方案，所述激光器在工作时，所述泵浦源8发出泵浦光泵浦所述增益介质6，在泵浦期间，所述电光开关电压波形控制器9控制所述电光开关3的施加电压为0，此时激光器谐振腔处于高损耗状态，增益介质6储能，实现足够粒子数反转。在泵浦光泵浦脉冲处于下降沿时，所述电光开关电压波形控制器9为所述电光开关3施加四分之一电压，此时激光器谐振腔处于低损耗状态，增益介质6的自发辐射信号光(激光增益介质6在泵浦源的激励下造成一定数目的粒子数反转分布，高能级上的粒子不稳定会产生自发辐射光)很快在谐振腔内振荡加强后形成激光，与此同时从第一全反镜2溢出的部分激光(由于全反镜透过率无法做到激光100％通过，因此有很小一部分激光会溢出)被所述快速光电探测器1接收产生同步的电信号，此电信号经电光开关电压波形控制器9触发，使电光开关3电光晶体电压为0。

经过预设一段时间间隔后，再次重复电光开关电压波形控制器9给电光开关3施加四分之一电压、激光器谐振腔处于低损耗状态、增益介质6的自发辐射信号光很快在谐振器内振荡加强后形成激光、从第一全反镜2溢出的部分激光被快速光电探测器1接收产生同步的电信号、电信号经电光开关电压波形控制器9触发使电光开关3电光晶体电压为0的这一过程。经过多个这样的重复过程，获得经偏振片5输出的多脉冲的脉冲组激光输出。其中，脉冲组内的脉冲间隔由预设时间间隔决定，脉冲的个数由重复的台阶的次数决定。采用此种方法，可实现MHz频率间隔可调的多脉冲的脉冲组激光输出。

本发明还提供一种利用上述激光器输出激光的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，泵浦源8发出泵浦光泵浦所述增益介质6；

步骤S2，泵浦期间，所述电光开关电压波形控制器9控制所述电光开关3的施加电压为0，此时激光器谐振腔处于高损耗状态，增益介质6储能，实现足够粒子数反转；

步骤S3，泵浦光泵浦脉冲处于下降沿时，所述电光开关电压波形控制器9为所述电光开关3施加四分之一电压，此时激光器谐振腔处于低损耗状态，增益介质6的自发辐射信号光在谐振腔内振荡加强后形成激光；

步骤S4，从第一全反镜2溢出的部分激光被所述快速光电探测器1接收产生同步的电信号，此电信号经电光开关电压波形控制器9触发，使电光开关3电光晶体电压为0；

步骤S5，预设时间间隔后，再次重复步骤S3和步骤S4；

步骤S6，经过多个重复过程，获得经偏振片5输出的多脉冲的脉冲组激光输出。

其中，所述方法中的技术特征的含义与解释与上文激光器中技术特征的含义与解释相同，此处不再赘述。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于腔倒空组实现脉冲组激光输出的激光器，其特征在于，所述激光器包括快速光电探测器、第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质、第二全反镜、泵浦源、电光开关电压波形控制器，其中：

所述快速光电探测器、第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质、第二输出镜从左至右依次放置；

所述泵浦源置于所述增益介质的下方，用于利用其发出的泵浦光泵浦所述增益介质，使得增益介质实现足够的粒子数反转；

所述电光开关电压波形控制器与所述电光开关电连接，用于为所述电光开关供电，控制所述电光开关内部的电光晶体电压，所述电光开关电压波形控制器还与所述快速光电探测器连接，用于接收所述快速光电探测器产生的电信号，此信号经电光开关电压波形控制器触发后输出多个高电平为四分之一电光晶体电压的方波信号。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一全反镜、电光开关、四分之一波片、偏振片、增益介质和第二全反镜构成所述激光器的谐振腔。

3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述第一全反镜和第二全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜。

4.根据权利要求1-3任一所述的激光器，其特征在于，所述偏振片具有P偏振光高透和S偏振光高反的特性。

5.根据权利要求1-4任一所述的激光器，其特征在于，所述泵浦源与增益介质为侧面泵浦结构或端面泵浦结构。

6.根据权利要求1-5任一所述的激光器，其特征在于，所述快速光电探测器用于监测所述第一全反镜溢出的腔内激光，并产生与腔内激光同步的电信号。

7.根据权利要求1-6任一所述的激光器，其特征在于，所述电光开关利用横向电光效应或纵向电光效应制成。

8.根据权利要求1-7任一所述的激光器，其特征在于，所述四分之一波片用于实现经偏振片后入射的线偏振光与光的其他偏振态的相互转换。

9.一种利用权利要求1-8任一所述激光器输出激光的方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S1，泵浦源发出泵浦光泵浦增益介质；

步骤S2，泵浦期间，电光开关电压波形控制器控制电光开关的施加电压为0，此时激光器谐振腔处于高损耗状态，增益介质储能，实现足够粒子数反转；

步骤S3，泵浦光泵浦脉冲处于下降沿时，所述电光开关电压波形控制器为所述电光开关施加四分之一电压，此时激光器谐振腔处于低损耗状态，增益介质的自发辐射信号光在谐振腔内振荡加强后形成激光；

步骤S4，从第一全反镜溢出的部分激光被快速光电探测器接收产生同步的电信号，此电信号经电光开关电压波形控制器触发，使电光开关电光晶体电压为0；

步骤S5，预设时间间隔后，再次重复步骤S3和步骤S4；

步骤S6，经过多个重复过程，获得经偏振片输出的多脉冲的脉冲组激光输出。

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