CN113555765A - 一种基于加声场加载驱动声光调q的低功耗激光器 - Google Patents

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王超
李研
金光勇
王宇恒
王子健
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Abstract

本公开公开了一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器，所述激光器包括：泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、增益介质、第一全反镜、声光Q开关、射频电源、第二全反镜，其中：所述泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、增益介质、第一全反镜从左至右依次放置；所述声光Q开关放置在与第一全反镜反射后平行的光路上、射频电源放置在声光Q开关的上方、第二全反镜放在加入超声场后与光轴呈θ角度+1级衍射光方向；所述全反镜、增益介质、第一全反镜、声光Q开关和第二全反镜构成所述激光器的谐振腔。

Description

一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器。
背景技术
Q开关是一种广泛用于产生巨脉冲功率激光的运转方式。主动调Q技术已经在激光打标、激光刻蚀和激光测量等工业领域广泛应用，其中，声光调Q以其利用声光相互作用来控制光腔损耗达到脉冲输出的方式存在明显的优势。传统声光调Q技术由于吸声材料在射频电源供电时，光进入声光调Q开关发生衍射，腔内Q值损耗极大，激光振荡不能形成，在无射频电源供电时，无超声场无衍射效应，腔内Q值猛增，激光振荡，在连续泵浦情况下声光驱动产生的热比LD泵浦产生的热量高，导致热损耗极大，大幅增加了散热体积，限制了激光器声光调Q小型化及其发展。
发明内容
为了解决现有传导冷却LD泵浦声光驱动存在的散热体积的问题，本发明提供了一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器。
本发明提供的一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器包括：泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、增益介质、第一全反镜、声光Q开关、射频电源、第二全反镜，其中：
所述泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、增益介质、第一全反镜从左至右依次放置；
所述声光Q开关放置在与第一全反镜反射后平行的光路上、射频电源放置在声光Q开关的上方、第二全反镜放在加入超声场后与光轴呈θ角度+1级衍射光方向；
所述全反镜、增益介质、第一全反镜、声光Q开关和第二全反镜构成所述激光器的谐振腔。
可选地，所述泵浦源输出的泵浦光经所述聚焦耦合镜组和全反镜后聚焦到增益介质上，使得增益介质实现足够的粒子数反转，转化为基频光输出，并经所述第一全反镜反射至所述声光Q开关，所述声光Q开关将所述基频光转化为脉冲基频光。
可选地，所述射频电源与所述声光Q开关连接，用于为所述声光Q开关供电，控制所述声光Q开关内部的电压。
可选地，所述射频电源供电时，由第一全反镜反射进入声光Q开关内的光发生衍射效应，与光轴呈θ角，经由第二全反镜在谐振腔内来回振荡，增益介质储能。
可选地，所述聚焦耦合系统由焦距不同的两个凸透镜组成，以对所述泵浦源发出的光进行准直聚焦。
可选地，所述全反镜镀有可使泵浦光有高透过率、又可使所需波长的激光有高反射率的膜。
可选地，所述第一全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有高反射的作用。
可选地，所述第二全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有高反射的作用。
可选地，所述增益介质为能够实现粒子反转的增益介质。
可选地，所述声光Q开关中的LN晶体用作压电换能器，采用透明光学材料熔石英作为声光互作用介质，并镀有对激光波长具有高增透作用的增透膜。
本发明提供的技术方案的有益效果是：可实现可控声光Q开关腔倒空输出脉冲激光，有效解决传统声光调Q散热的问题。通过腔倒空Q开关技术使得热量急剧减少，从而减小了激光器的散热体积，有效实现了激光器小型化。
附图说明
图1是根据本公开一实施例的一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器的结构示意图。
图2(a)是根据本公开一实施例的常规声光调Q示波器波形图和激光输出调Q示意图。
图2(b)是根据本公开一实施例的基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器输出的调Q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一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器的结构示意图，如图1所示，所述激光器包括：泵浦源1、聚焦耦合镜组2、全反镜3、增益介质4、第一全反镜5、声光Q开关6、射频电源7、第二全反镜8，其中：
所述泵浦源1、聚焦耦合镜组2、全反镜3、增益介质4、第一全反镜5从左至右依次放置；
所述声光Q开关6放置在与第一全反镜5反射后平行的光路上、射频电源7放置在声光Q开关6的上方、第二全反镜8放在加入超声场后与光轴呈θ角度+1级衍射光方向；
所述全反镜3、增益介质4、第一全反镜5、声光Q开关6和第二全反镜8构成所述激光器的谐振腔。
所述泵浦源1输出的泵浦光经所述聚焦耦合镜组2和全反镜3后聚焦到增益介质4上，使得增益介质4实现足够的粒子数反转，转化为基频光输出，并经所述第一全反镜5反射至所述声光Q开关6；
所述声光Q开关6将所述基频光转化为脉冲基频光；
所述射频电源7与所述声光Q开关6连接，用于为所述声光Q开关6供电，控制所述声光Q开关6内部的电压，具体地，所述射频电源7与声光Q开关6接通后为其提供电能，以将所述基频光转化为脉冲基频光。
其中，所述射频电源7供电时，由第一全反镜5反射进入声光Q开关6内的光发生衍射效应，与光轴呈θ角，经由第二全反镜8在谐振腔内来回振荡，增益介质4储能。
在本公开一实施方式中，所述聚焦耦合系统2由焦距不同的两个凸透镜组成，以对所述泵浦源1发出的光进行准直聚焦。
在本公开一实施方式中，所述全反镜3镀有可使泵浦光有高透过率、又可使所需波长的激光有高反射率的膜；所述第一全反镜5和第二全反镜8是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有高反射的作用。
在本发明一实施方式中，所述增益介质4不局限于某种特定的激光材料(Nd:YAG、Nd:YVO4等均可)，只要是能够实现粒子反转的增益介质即可。
在本公开一实施方式中，所述声光Q开关6中的LN晶体用作压电换能器，采用透明光学材料熔石英作为声光互作用介质，并镀有对激光波长具有高增透作用的增透膜。
基于上述技术方案，所述激光器在工作时，所述泵浦源1发出泵浦光泵浦增益介质4后，经第一全反镜5反射后入射进声光Q开关6，此时，射频电源7为声光Q开关6施加电压，加入超声场，发生布拉格衍射作用，光向着与光轴呈θ角度+1级衍射光方向传播，后经第二全反镜8反射后进入激光器谐振腔。此时，由全反镜3、增益介质4、第一全反镜5、声光Q开关6和第二全反镜8组成的激光器谐振腔处于低损耗状态，腔内不断振荡，增益介质4的粒子数积累到一定程度以后向低能级跃迁释放能量。此时，撤掉射频电源7不再为声光Q开关6施加电压，超声场撤除，腔内损耗增大，增益介质4的粒子数全部释放，通过改变谐振腔的Q值，把储存在谐振腔中的能量倒空，以获得激光输出。采用此种方法，可实现可控声光Q开关腔倒空输出脉冲激光，有效解决声光调Q散热的问题，热量急剧减少，从而减小了激光器的散热体积，有效实现了激光器小型化。
更为具体地，当所述射频电源7为声光Q开关6提供电源时，加入超声场，超声波照射到透明光学材料熔石英上，由光弹效应将超声波的调制应变场耦合到光学折射率上，该材料就相当于光学相位光栅，其光栅周期就等于超声波的波长，光学材料熔石英所得的振幅正比于声振幅。此时由全反镜3、增益介质4、第一全反镜5、声光Q开关6和第二全反镜8组成的谐振腔中，基频光经增益介质4受激辐射后通过第一全反镜5反射，入射到声光Q开关6中，发生布拉格衍射，谐振腔内Q值突变，此时腔内所产生的激光与原光轴呈θ角，激光在谐振腔内来回振荡使得增益介质4积累了大量粒子数。在撤掉射频电源7不再为声光Q开关6施加电压后，超声场撤除，谐振腔内损耗增大，增益介质4的粒子数全部释放，通过改变谐振腔的Q值，把储存在谐振腔中的能量倒空，即可获得激光输出。
图2(a)是根据本公开一实施例的常规声光调Q示波器波形图和激光输出调Q示意图，图2(b)是根据本公开一实施例的基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器输出的调Q示意图，如图2(a)所示，在射频电源供电时，光进入声光Q开关发生衍射，此时腔内Q值损耗极大，激光振荡不能形成，在无射频电源供电时，无超声场存在，衍射效应消失，腔内Q值猛增，激光振荡，此种方法在连续泵浦情况下，热损耗极大，增加了一定的散热体积；如图2(b)所示，相对于(a)，在射频电源供电时，存在超声场的情况下，光通过声光Q开关发生衍射后经第二全反镜反射来回振荡，使增益介质粒子数积累到一定程度后，撤除超声场，输出激光，此方法在不加声场时，无声光射频，无驱动功率，声光Q开关热量小，声场短，可急剧减小散热体积，实现激光器的小型化。
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 (10)

1.一种基于加声场加载驱动声光调Q的低功耗激光器，其特征在于，所述激光器包括：泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、增益介质、第一全反镜、声光Q开关、射频电源、第二全反镜，其中：
所述泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、增益介质、第一全反镜从左至右依次放置；
所述声光Q开关放置在与第一全反镜反射后平行的光路上、射频电源放置在声光Q开关的上方、第二全反镜放在加入超声场后与光轴呈θ角度+1级衍射光方向；
所述全反镜、增益介质、第一全反镜、声光Q开关和第二全反镜构成所述激光器的谐振腔。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述泵浦源输出的泵浦光经所述聚焦耦合镜组和全反镜后聚焦到增益介质上，使得增益介质实现足够的粒子数反转，转化为基频光输出，并经所述第一全反镜反射至所述声光Q开关，所述声光Q开关将所述基频光转化为脉冲基频光。
3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述射频电源与所述声光Q开关连接，用于为所述声光Q开关供电，控制所述声光Q开关内部的电压。
4.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述射频电源供电时，由第一全反镜反射进入声光Q开关内的光发生衍射效应，与光轴呈θ角，经由第二全反镜在谐振腔内来回振荡，增益介质储能。
5.根据权利要求4所述的激光器，其特征在于，所述聚焦耦合系统由焦距不同的两个凸透镜组成，以对所述泵浦源发出的光进行准直聚焦。
6.根据权利要求4或5所述的激光器，其特征在于，所述全反镜镀有可使泵浦光有高透过率、又可使所需波长的激光有高反射率的膜。
7.根据权利要求4-6任一所述的激光器，其特征在于，所述第一全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有高反射的作用。
8.根据权利要求4-7任一所述的激光器，其特征在于，所述第二全反镜是平面镜或带有曲率的曲面镜，对激光具有高反射的作用。
9.根据权利要求4-8任一所述的激光器，其特征在于，所述增益介质为能够实现粒子反转的增益介质。
10.根据权利要求4-9任一所述的激光器，其特征在于，所述声光Q开关中的LN晶体用作压电换能器，采用透明光学材料熔石英作为声光互作用介质，并镀有对激光波长具有高增透作用的增透膜。
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