CN113161855B - 一种低电压高调制速度的高能量电光调q激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，按激光传输路径依次包括激光前腔镜、激光起偏检偏器、低电压高调制速度电光调制器和激光后腔镜，还包括用于产生激光增益的激光增益模块。本发明的激光射入低电压高调制速度电光调制器后，经过第一反射装置和第二反射装置来回反射多次经过电光晶体，电光调制器可以对经过电光晶体的激光产生多次的电光调制作用，从而获得了非常低的电光调制器调制电压，电压的大幅降低使得，在保证大光斑直径，大激光脉冲能量的前提下，10Mhz以及更高的调制速度可以实现，甚至实现百兆赫兹的调Q脉冲。同时激光增益模块的使用，可以获得很强的激光增益，输出高能量激光。

Description

一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器
技术领域
本发明涉及激光器领域，特别涉及一种低电压高调制速度的高能量电光调Q 激光器。
背景技术
传统上使用到高能调Q激光器中的的电光调制器一般采用电光晶体作为调 制晶体，例如，LiNO3，KD*P，BBO，KTP等，其具有可承受功率高，开关比高等 特点。但是此类晶体本身都有一些性能缺陷，限制了其在高调制速度高能量脉 冲激光器中的应用，例如LiNO3晶体，其具有较高的电光系数，工作电压较低， 但是其振铃效应严重，限制了其在高调制频率段的应用，另外其损伤阈值也偏 低，这样也限制了其在高能量段的应用。KD*P其损伤阈值较高，但电光系数偏 低，调Q工作时需要很高的驱动电压，而且其晶体容易潮解，限制了其在高调 制速度，高能量调Q激光器中的应用。BBO晶体具有非常优异的激光损伤阈值， 振铃效应小，非常适合应用于高调制速度高能量调Q激光器，但由于其较小的 电光系数，其工作的1/4波电压仍然很高，这样限制了其获得更高的调制速度。 另外，对于高能量的激光器，想要提高能量值，就需要设法提高内部各器件的 损伤阈值，除了选择较高损伤阈值的材料外，还可以增大激光光斑直径以降低 单位面积的能量密度，但是光斑的增大意味着电光晶体的通光尺寸也需要增大， 这样会导致1/4波电压大幅增加。因此需同时具备高调制速度、高能量高损伤 阈值的调Q激光很难获得。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种能够同时高效获 得低电压、高调制速度及高能量的电光调Q激光器。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，按激光传输路径依次包 括激光前腔镜(1)、激光起偏检偏器(2)、低电压高调制速度电光调制器(3) 和激光后腔镜(4)；低电压高调制速度电光调制器(3)依包括平行设置的第 一反射装置(31)和第二反射装置(33)，第一反射装置(31)和第二反射装置 (33)之间设置有电光晶体(32)，电光晶体(32)的电极连接有电光调制器驱 动源(5)，第一反射装置(31)和第二反射装置(33)用于将射入的激光垂直 入射到电光晶体，并保持平行地来回多次反射经过电光晶体(32)后再平行地 反射出去；还包括设置在低电压高调制速度电光调制器(3)内部的激光增益模 块，激光增益模块用于对多次经过电光晶体的激光进行多次增益。
进一步，所述第一反射装置(31)和所述第二反射装置(33)相对的面上 均设置有若干呈V型槽，V型槽的角度为90度，V型槽的内表面镀有反射膜， 所述第一反射装置(31)和所述第二反射装置(33)上下错开半个V型槽距离。 或者所述第一反射装置(31)和所述第二反射装置(33)相对的面上均设置有 若干呈V型排列连接的反射镜(311)，反射镜之间的夹角为90度，所述第一反 射装置(31)和所述第二反射装置(33)上下错开半个V型连接反射镜(311) 高度的距离。
进一步，所述电光晶体(32)的上、下表面镀金属膜，所述电光晶体(32) 连接有正、负电极，所述电光晶体(32)的正、负电极分别与所述电光调制器 驱动源(5)电性连接，并由电光调制器驱动源(5)进行驱动控制。
进一步，所述电光晶体(32)为BBO晶体或KTP晶体。
进一步，所述激光增益模块(6)包括激光增益介质(61)，激光增益介质 (61)的侧面设置有用于对经过激光增益介质(61)的激光进行泵浦增益的泵 浦源(62)。
进一步，所述激光增益介质(61)为片状，有利于散热以及激光多次通过 获得更大的激光增益。
进一步，所述激光增益介质(61)为Nd：YVO4晶体或Nd：YAG晶体或者 Nd：YLF晶体。
进一步，所述激光增益模块(6)设置在所述第一反射装置(31)和所述电 光晶体之间(32)，或者所述激光增益模块(6)设置在所述电光晶体(32)和 所述第二反射装置(33)之间。
本发明的有益效果：本发明的激光射入低电压高调制速度电光调制器后， 经过第一反射装置和第二反射装置来回反射多次经过电光晶体，电光调制器可 以对经过电光晶体的激光进行多次的调制，从而获得了非常低的电光调制器调 制电压，电压的大幅降低使得10Mhz以及更高的调制速度可以实现，甚至实现 百兆赫兹的调Q脉冲；增加激光增益模块后，特别激光增益模块中采用片状的 激光增益介质，可以获得很好的散热，并可以使得激光在第一反射装置和第二 反射装置之间来回反射多次通过激光增益介质，有利于更好的获得大的高能量 激光，最终获得兼具低电压、高调制速度和高能量的激光。
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为实施例1的结构示意图；
图2为实施例1中第一反射装置的结构示意图；
图3为实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 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做出创造 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
参照图1-2，一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，按激光传输 路径依次包括激光前腔镜1、激光起偏检偏器2、低电压高调制速度电光调制器 3和激光后腔镜4；低电压高调制速度电光调制器3依包括平行设置的第一反 射装置31和第二反射装置33，第一反射装置31和第二反射装置33之间设置有 电光晶体32，电光晶体32的电极连接有电光调制器驱动源5，第一反射装置31 和第二反射装置33用于将射入的激光垂直入射到电光晶体，并保持平行地来回 多次反射经过电光晶体32后再平行地反射出去；还包括设置在低电压高调制速 度电光调制器3内部的激光增益模块，激光增益模块用于对多次经过电光晶体的激光进行多次增益。
其中，所述第一反射装置31和所述第二反射装置33相对的面上均设置有 若干呈V型槽311，V型槽311的角度为90度，V型槽的内表面镀有反射膜312， 所述第一反射装置31和所述第二反射装置33上下错开半个V型槽312距离。 如图2，一个V型槽的距离为L，半个V型槽的距离就是0.5L。
其中，所述电光晶体32的上、下表面镀金属膜，所述电光晶体32连接有 正、负电极，所述电光晶体32的正、负电极分别与所述电光调制器驱动源5电 性连接，并由电光调制器驱动源5进行驱动控制。其中，所述电光晶体32为BBO 晶体或KTP晶体。
其中，所述激光增益模块6包括激光增益介质61，激光增益介质61的侧面 设置有用于对经过激光增益介质61的激光进行泵浦增益的泵浦源62。优选的， 所述激光增益介质61为片状，有利于散热以及激光多次通过获得更大的激光增 益。
其中，所述激光增益介质61为Nd：YVO4晶体、Nd：YAG晶体或者Nd： YLF晶体。
其中，所述激光增益模块6设置在所述第一反射装置31和所述电光晶体之 间32。
一般的激光器由于选择低振铃效应，高损伤阈值的BBO晶体，由于其较低 的电光系数，需要非常高的电压，高电压限制了其高调制速度的获得。本发明 的结构，并没有通过缩小激光光斑直径的方法来降低电光调制器的工作电压， 保证了高的激光损伤阈值，我们通过特殊设计的V型槽直角反射阵列，获得了 非常低的电光调制器调制电压，电压的大幅降低使得10Mhz以及更高的调制速 度可以实现，甚至实现百兆赫兹的调Q脉冲，同时薄片型激光增益介质的使用， 使得激光可以多次通过激光增益介质，获得大的泵浦能量的有效吸收，以及良 好的散热，非常有利于获得大的高能量激光。
本发明的效果具体数据分析如下：
传统的电光调制器，激光通常只通过电光调制器一次，半波电压很高，电 光晶体以20*15*2mm的BBO电光晶体为例，半波电压的计算公式如下，其中 λ为激光波长1064nm，nx为电光晶体折射率nx＝1.655，r22为电光系数， r22＝2.7pm/V；d为BBO晶体厚度，d＝2mm；l为BBO晶体长度l＝20mm；
Figure RE-GDA0003067072130000051
计算可得传统的结构，此电光调制器的半波电压为4350V，如此高的电压 要实现高速的电光调制是非常困难的，尤其是10Mhz，100Mhz甚至更高。
本发明提出的结构，激光以7次通过BBO晶体来算，半波电压可以下降到 621V，依照此原则，增加BBO晶体的宽度，以及V型槽直角反射镜阵列的宽 度，可以继续增加通过BBO晶体次数，进一步降低半波电压。半波电压的大幅 降低使得10Mhz以及更高的调制速度可以实现。
本发明的激光射入低电压高调制速度电光调制器后，经过第一反射装置和 第二反射装置来回反射多次经过电光晶体，电光调制器可以对经过电光晶体的 激光进行多次的调制，从而获得了非常低的电光调制器调制电压，电压的大幅 降低使得10Mhz以及更高的调制速度可以实现，甚至实现百兆赫兹的调Q脉冲； 增加激光增益模块后，特别激光增益模块中采用片状的激光增益介质，可以获 得很好的散热，并可以使得激光在第一反射装置和第二反射装置之间来回反射 多次通过激光增益介质，有利于更好的获得大的高能量激光，最终获得兼具低 电压、高调制速度和高能量的激光。
实施例2
参照图3，本实施例与实施例1的不同点在于：所述第一反射装置31和所 述第二反射装置33相对的面上均设置有若干呈V型排列连接的反射镜313，反 射镜之间的夹角为90度，所述第一反射装置31和所述第二反射装置33上下错 开半个V型连接反射镜313高度的距离。
所述激光增益模块6设置在所述电光晶体32和所述第二反射装置33之间。
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 (8)

1.按激光传输路径依次包括激光前腔镜（1）、激光起偏检偏器（2）、低电压高调制速一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：
度电光调制器（3）和激光后腔镜（4）；
低电压高调制速度电光调制器（3）依包括平行设置的第一反射装置（31）和第二反射装置（33），第一反射装置（31）和第二反射装置（33）之间设置有电光晶体（32），电光晶体（32）的电极连接有电光调制器驱动源（5），第一反射装置（31）和第二反射装置（33）用于将射入的激光垂直入射到电光晶体，并保持平行地来回多次反射经过电光晶体（32）后再平行地反射出去；
还包括设置在低电压高调制速度电光调制器（3）内部的激光增益模块，激光增益模块用于对多次经过电光晶体的激光进行多次增益；
所述第一反射装置（31）和所述第二反射装置（33）相对的面上均设置有若干呈V型槽，V型槽的角度为90度，V型槽的内表面镀有反射膜，所述第一反射装置（31）和所述第二反射装置（33）上下错开半个V型槽距离。
2.如权利要求1所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述第一反射装置（31）和所述第二反射装置（33）相对的面上均设置有若干呈V型排列连接的反射镜（311），反射镜之间的夹角为90度，所述第一反射装置（31）和所述第二反射装置（33）上下错开半个V型连接反射镜（311）高度的距离。
3.如权利要求1所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述电光晶体（32）的上、下表面镀金属膜，所述电光晶体（32）连接有正、负电极，所述电光晶体（32）的正、负电极分别与所述电光调制器驱动源（5）电性连接，并由电光调制器驱动源（5）进行驱动控制。
4.如权利要求3所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述电光晶体（32）为BBO晶体或KTP晶体。
5.如权利要求1所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述激光增益模块（6）包括激光增益介质（61），激光增益介质（61）的侧面设置有用于对经过激光增益介质（61）的激光进行泵浦增益的泵浦源（62）。
6.如权利要求5所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述激光增益介质（61）为片状，有利于散热以及激光多次通过获得更大的激光增益。
7.如权利要求6所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述激光增益介质（61）为Nd：YVO4晶体或Nd：YAG晶体或者Nd：YLF晶体。
8.如权利要求1所述的一种低电压高调制速度的高能量电光调Q激光器，其特征在于：所述激光增益模块（6）设置在所述第一反射装置（31）和所述电光晶体（32）之间，或者所述激光增益模块（6）设置在所述电光晶体（32）和所述第二反射装置（33）之间。
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