CN115986546A - 正交偏振双波长交替调q激光器及相应的激光输出方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正交偏振双波长交替调Q激光器及相应的激光输出方法。所述激光器包括：第一激光电源、第一泵浦源、第一激光增益介质、第一起偏器、四分之一波片、等腰直角棱镜、第二激光电源、第二泵浦源、第二激光增益介质、第二起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜、电光调Q驱动模块、电源时序控制装置。本发明能够获得正交偏振、交替输出的双波长脉冲激光，解决了利用电光调Q技术获得脉冲峰值功率高、脉冲宽度窄、脉冲间隔可调的正交偏振双波长脉冲激光的技术难题。

Description

正交偏振双波长交替调Q激光器及相应的激光输出方法

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别是涉及一种正交偏振双波长交替调Q激光器及相应的激光输出方法。

背景技术

正交偏振双波长脉冲激光器因其具有独特的偏振特性而广泛应用于医疗、成像、通信、检测、加工等研究领域。目前，对于正交偏振双波长激光调Q技术的研究主要侧重于双波长激光被动调Q，参见文献“Y.J.Huang,H.H.Cho,and Y.F.Chen.Observation ofrepetition rate locking in an orthogonally-polarized dual-wavelengthpassively Q-switched hybrid Nd:YVO4/Nd:YLF Laser.Optical Society of America,2016”，但被动调Q的正交偏振双波长激光器存在脉冲宽度大、峰值功率低等诸多缺陷，且最终获得的正交偏振双波长脉冲激光均是同时输出的，参见文献“P.Zhao,S.Ragam,Y.J.Ding,and I.B.Zotova.Investigation of terahertz generation from passivelyQ-switched dual-frequency laser pulses.Optics Letters,2011,36(24):4818-4820.”，但在激光医疗、激光诱导击穿光谱以及分光光度等领域亟需一种脉冲宽度窄、峰值功率高、脉冲间隔可调的正交偏振双波长激光光源。电光Q开关具有效率高、开关速度快、输出激光脉宽窄和峰值功率高等优点，但电光调Q结合偏振片只针对单一偏振状态进行调节，因此，采用电光调Q技术获得正交偏振双波长脉冲激光鲜有报道，这就最终限制了正交偏振双波长脉冲激光器的发展与应用，影响相关领域的研究进展。

发明内容

为了获得脉冲宽度窄、峰值功率高、脉冲延时可调的正交偏振双波长激光输出，本发明提供了一种正交偏振双波长交替调Q激光器及相应的激光输出方法。

根据本发明的一方面，提出一种正交偏振双波长交替调Q激光器，所述激光器包括：第一激光电源、第一泵浦源、第一激光增益介质、第一起偏器、四分之一波片、等腰直角棱镜、第二激光电源、第二泵浦源、第二激光增益介质、第二起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜、电光调Q驱动模块、电源时序控制装置，其中：

所述第一激光电源用于为第一泵浦源供电，二者用线缆连接；

所述第一泵浦源置于第一激光增益介质的侧面，且与所述第一激光增益介质平行，用于为第一激光增益介质提供泵浦光；

所述四分之一波片置于第一激光增益介质的另一侧；

所述第一起偏器置于第一激光增益介质与四分之一波片之间；

所述等腰全反射棱镜置于四分之一波片远离第一起偏器的一侧，且直角面与激光传输方向垂直；

所述第二激光电源用于为第二泵浦源供电，二者用线缆连接；

所述第二泵浦源置于第二激光增益介质的侧面，且与所述第二激光增益介质平行，用于为第二激光增益介质提供泵浦光；

所述第二激光增益介质与第一激光增益介质平行对齐放置；

所述第二起偏器置于第二激光增益介质的另一侧；

所述45°反射镜置于第二起偏器远离第二激光增益介质的一侧，用于反射来自等腰全反射棱镜的光；

所述电光调Q晶体、输出镜依次置于45°反射镜远离第二起偏器的一侧，且与激光输出方向垂直；

所述第一激光增益介质、第一起偏器、四分之一波片、等腰直角棱镜、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜构成第一路激光λ₁谐振腔；

所述第二激光增益介质、第二起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜构成第二路激光λ₂谐振腔；

所述电光晶体驱动模块与电光调Q晶体连接，用于在电光调Q晶体上施加共用调Q偏置电压；

所述电源时序控制装置与电光晶体驱动模块、第一激光电源以及第二激光电源相连接，用于控制3个电源的工作时序关系。

在本发明一实施例中，所述第一激光增益介质为Nd:YAG或Nd:YVO₄。

在本发明一实施例中，第一路激光λ₁入射到等腰全反射棱镜斜面上的入射角大于布儒斯特角。

在本发明一实施例中，所述第一泵浦源和第二泵浦源为半导体泵浦源、氙灯或氪灯。

在本发明一实施例中，所述第二激光增益介质为Nd:YAG或Nd:YVO₄。

在本发明一实施例中，所述第一激光增益介质和第二激光增益介质均为a切，c轴取向彼此垂直。

在本发明一实施例中，所述电光调Q晶体为LN、KD*P、KDP或LiNbO3。

在本发明一实施例中，所述第一激光增益介质远离谐振腔的一侧镀1319nm激光高反膜和1064nm激光高透过率膜，靠近谐振腔的一侧镀1319nm激光高透过率膜；所述第二激光增益介质远离谐振腔的一侧镀1064nm激光高反膜，靠近谐振腔的一侧镀1064nm激光高透过率膜；45°反射镜靠近第二起偏器的一侧镀1319nm激光高透过率膜，远离第二起偏器的一侧镀1319nm激光高透过率膜和1064nm激光高反膜；输出镜朝向谐振腔的一侧镀膜，1319nm激光的反射率为80％，1064nm激光的反射率为25％。

在本发明一实施例中，第一路激光λ₁采用加压式电光调Q，第二路激光λ₂采用退压式电光调Q，两路激光共用同一电光调Q晶体，当第一泵浦源和第二泵浦源采用等间隔交替泵浦，施加共用调Q偏置电压时，获得1319nm脉冲激光输出；退去共用调Q偏置电压时，获得1064nm脉冲激光输出，周期性施加/退去共用调Q偏置电压，获得正交偏振且交替输出的1064&1319nm双波长脉冲激光。

根据本发明的另一方面，还提出一种利用任一正交偏振双波长交替调Q激光器输出激光的方法，所述方法包括：

在步骤S301中，第一激光电源、第二激光电源分别为第一泵浦源、第二泵浦源供电，使得所述第一泵浦源、第二泵浦源分别为第一激光增益介质、第二激光增益介质提供脉冲泵浦光；

在步骤S302中，在电光调Q晶体两端施加共用调Q偏置电压，第二路激光λ₂谐振腔处于高损耗状态，第二激光增益介质处于粒子数反转状态，第一路激光λ₁谐振腔处于低损耗状态，输出第一路调Q激光λ₁；

在步骤S303中，退去电光调Q晶体两端的共用调Q偏置电压，第一路激光λ₁谐振腔处于高损耗状态，第一激光增益介质处于粒子数反转状态，第二路激光λ₂谐振腔处于低损耗状态，输出第二路调Q激光λ₂；

在步骤S304中，周期性重复电光调Q晶体的加压和退压状态，获得正交偏振、交替输出的第一/二路激光。

本发明结合升压与退压式电光调Q技术，利用共用调Q偏置电压分别对正交偏振的双波长激光分时交替调Q：当施加共用调Q偏置电压时，获得第一路λ1脉冲激光(e光)输出，当退去共用调Q偏置电压时，获得第二路λ2脉冲激光(o光)输出，最终获得正交偏振、交替输出的双波长脉冲激光，解决了利用电光调Q技术获得脉冲峰值功率高、脉冲宽度窄、脉冲间隔可调的正交偏振双波长脉冲激光的技术难题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中

图1是根据本发明一实施例的一种正交偏振双波长交替调Q激光器的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例的加载电压波形、各驱动信号的时序图；

图3是根据本发明一实施例的一种利用正交偏振双波长交替调Q激光器输出激光的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

根据本发明的一方面，提出一种正交偏振双波长交替调Q激光器，图1是根据本发明一实施例的一种正交偏振双波长交替调Q激光器的结构示意图，如图1所示，所述激光器包括：第一激光电源1、第一泵浦源2、第一激光增益介质3、第一起偏器4、四分之一波片5、等腰直角棱镜6、第二激光电源7、第二泵浦源8、第二激光增益介质9、第二起偏器10、45°反射镜11、电光调Q晶体12、输出镜13、电光调Q驱动模块14、电源时序控制装置15，其中：

所述第一激光电源1用于为第一泵浦源2供电，二者用线缆连接；

所述第一泵浦源2置于第一激光增益介质3的侧面，且与所述第一激光增益介质3平行，用于为第一激光增益介质3提供泵浦光；

在本发明一实施方式中，加载在第一泵浦源2上的电压波形如图2中V₁所示。

所述四分之一波片5置于第一激光增益介质3的另一侧；

在本发明一实施方式中，所述第一激光增益介质3可以为Nd:YAG、Nd:YVO₄等激光晶体。

所述第一起偏器4置于第一激光增益介质3与四分之一波片5之间；

所述等腰全反射棱镜6置于四分之一波片5远离第一起偏器4的一侧，且直角面与激光传输方向垂直，第一路激光λ₁入射到等腰全反射棱镜6斜面上的入射角大于布儒斯特角；

所述第二激光电源7用于为第二泵浦源8供电，二者用线缆连接；

所述第二泵浦源8置于第二激光增益介质9的侧面，且与所述第二激光增益介质9平行，用于为第二激光增益介质9提供泵浦光；

在本发明一实施方式中，加载在第二泵浦源8上的电压波形如图2中V₂所示；

在本发明一实施方式中，所述第一泵浦源2和第二泵浦源8可以为半导体泵浦源、氙灯或氪灯等等。

所述第二激光增益介质9与第一激光增益介质3平行对齐放置；

在本发明一实施方式中，所述第二激光增益介质9可以为Nd:YAG、Nd:YVO₄等激光晶体。

在本发明一实施方式中，所述第一激光增益介质3和第二激光增益介质9均为a切，c轴取向彼此垂直。

所述第二起偏器10置于第二激光增益介质9的另一侧；

所述45°反射镜11置于第二起偏器10远离第二激光增益介质9的一侧，用于反射来自等腰全反射棱镜6的光；

所述电光调Q晶体12、输出镜13依次置于45°反射镜11远离第二起偏器10的一侧，且与激光输出方向垂直；

在本发明一实施方式中，所述电光调Q晶体12可以为LN、KD*P、KDP、LiNbO3等电光晶体。

所述第一激光增益介质3、第一起偏器4、四分之一波片5、等腰直角棱镜6、45°反射镜11、电光调Q晶体12、输出镜13构成第一路激光λ₁谐振腔；

所述第二激光增益介质9、第二起偏器10、45°反射镜11、电光调Q晶体12、输出镜13构成第二路激光λ₂谐振腔；

所述电光晶体驱动模块14与电光调Q晶体12连接，用于在电光调Q晶体12上施加共用调Q偏置电压；

在本发明一实施方式中，加载在电光调Q晶体12上的共用调Q偏置电压波形如图2中V_Q所示。

所述电源时序控制装置15与电光晶体驱动模块14、第一激光电源1以及第二激光电源7相连接，用于控制3个电源的工作时序关系,三个驱动信号的时序关系如图2所示。

在本发明一实施方式中，共用调Q偏置电压数值可在1200V-1600V之间选择。

所述正交偏振双波长交替调Q激光器的工作原理为：第一路激光λ₁采用加压式电光调Q，第二路激光λ₂采用退压式电光调Q，两路激光共用同一电光调Q晶体12，当第一泵浦源2和第二泵浦源8采用等间隔交替泵浦，施加共用调Q偏置电压时，获得1319nm脉冲激光(e光)输出；退去共用调Q偏置电压时，获得1064nm脉冲激光(o光)输出。因此，周期性施加/退去共用调Q偏置电压，即可获得正交偏振且交替输出的1064&1319nm双波长脉冲激光，如图2中λ所示。

在本发明一实施例中，所述第一激光增益介质3远离谐振腔的一侧镀1319nm激光高反膜(反射率大于99％)和1064nm激光高透过率膜(透过率大于99％)，此时第一激光增益介质3的端面镀膜后作为1319nm激光谐振腔全反镜来使用，靠近谐振腔的一侧镀1319nm激光高透过率膜(透过率大于99％)；所述第二激光增益介质9远离谐振腔的一侧镀1064nm激光高反膜(反射率大于99％)，此时第二激光增益介质9的端面镀膜后作为1064nm激光谐振腔全反镜来使用，靠近谐振腔的一侧镀1064nm激光高透过率膜(透过率大于99％)；第一激光增益介质3、第二激光增益介质9的尺寸均为

45°反射镜11靠近第二起偏器10的一侧镀1319nm激光高透过率膜(透过率大于99％)，远离第二起偏器10的一侧镀1319nm激光高透过率膜(透过率大于99％)和1064nm激光高反膜(反射率大于99％)；电光调Q晶体12的尺寸为6mm×6mm×20mm；输出镜13朝向谐振腔的一侧镀膜，1319nm激光的反射率为80％，1064nm激光的反射率为25％。

根据本发明的另一方面，还提出一种利用上述正交偏振双波长交替调Q激光器输出激光的方法，如图3所示，所述方法包括步骤S301-S304：

在步骤S301中，第一激光电源1、第二激光电源7分别为第一泵浦源2、第二泵浦源8供电，使得所述第一泵浦源2、第二泵浦源8分别为第一激光增益介质3、第二激光增益介质9提供脉冲泵浦光；

在步骤S302中，在电光调Q晶体12两端施加共用调Q偏置电压，第二路激光λ₂谐振腔处于高损耗状态，第二激光增益介质9处于粒子数反转状态，第一路激光λ₁谐振腔处于低损耗状态，输出第一路调Q激光λ₁(e光)；

在步骤S303中，退去电光调Q晶体12两端的共用调Q偏置电压，第一路激光λ₁谐振腔处于高损耗状态，第一激光增益介质3处于粒子数反转状态，第二路激光λ₂谐振腔处于低损耗状态，输出第二路调Q激光λ₂(o光)；

在步骤S304中，周期性重复电光调Q晶体12的加压和退压状态，获得正交偏振、交替输出的第一/二路激光。

本发明结合升压与退压式电光调Q技术，利用共用调Q偏置电压分别对正交偏振的双波长激光分时交替调Q：当施加共用调Q偏置电压时，获得第一路λ₁脉冲激光(e光)输出，当退去共用调Q偏置电压时，获得第二路λ₂脉冲激光(o光)输出，最终获得正交偏振、交替输出的双波长脉冲激光，解决了利用电光调Q技术获得脉冲峰值功率高、脉冲宽度窄、脉冲间隔可调的正交偏振双波长脉冲激光的技术难题。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种正交偏振双波长交替调Q激光器，其特征在于，所述激光器包括：第一激光电源、第一泵浦源、第一激光增益介质、第一起偏器、四分之一波片、等腰直角棱镜、第二激光电源、第二泵浦源、第二激光增益介质、第二起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜、电光调Q驱动模块、电源时序控制装置，其中：

所述第一激光电源用于为第一泵浦源供电，二者用线缆连接；

所述第一泵浦源置于第一激光增益介质的侧面，且与所述第一激光增益介质平行，用于为第一激光增益介质提供泵浦光；

所述四分之一波片置于第一激光增益介质的另一侧；

所述第一起偏器置于第一激光增益介质与四分之一波片之间；

所述等腰全反射棱镜置于四分之一波片远离第一起偏器的一侧，且直角面与激光传输方向垂直；

所述第二激光电源用于为第二泵浦源供电，二者用线缆连接；

所述第二泵浦源置于第二激光增益介质的侧面，且与所述第二激光增益介质平行，用于为第二激光增益介质提供泵浦光；

所述第二激光增益介质与第一激光增益介质平行对齐放置；

所述第二起偏器置于第二激光增益介质的另一侧；

所述45°反射镜置于第二起偏器远离第二激光增益介质的一侧，用于反射来自等腰全反射棱镜的光；

所述电光调Q晶体、输出镜依次置于45°反射镜远离第二起偏器的一侧，且与激光输出方向垂直；

所述第一激光增益介质、第一起偏器、四分之一波片、等腰直角棱镜、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜构成第一路激光λ₁谐振腔；

所述第二激光增益介质、第二起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体、输出镜构成第二路激光λ₂谐振腔；

所述电光晶体驱动模块与电光调Q晶体连接，用于在电光调Q晶体上施加共用调Q偏置电压；

所述电源时序控制装置与电光晶体驱动模块、第一激光电源以及第二激光电源相连接，用于控制3个电源的工作时序关系。

2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一激光增益介质为Nd:YAG或Nd:YVO₄。

3.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，第一路激光λ₁入射到等腰全反射棱镜斜面上的入射角大于布儒斯特角。

4.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述第一泵浦源和第二泵浦源为半导体泵浦源、氙灯或氪灯。

5.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述第二激光增益介质为Nd:YAG或Nd:YVO₄。

6.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述第一激光增益介质和第二激光增益介质均为a切，c轴取向彼此垂直。

7.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述电光调Q晶体为LN、KD*P、KDP或LiNbO3。

8.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，所述第一激光增益介质远离谐振腔的一侧镀1319nm激光高反膜和1064nm激光高透过率膜，靠近谐振腔的一侧镀1319nm激光高透过率膜；所述第二激光增益介质远离谐振腔的一侧镀1064nm激光高反膜，靠近谐振腔的一侧镀1064nm激光高透过率膜；45°反射镜靠近第二起偏器的一侧镀1319nm激光高透过率膜，远离第二起偏器的一侧镀1319nm激光高透过率膜和1064nm激光高反膜；输出镜朝向谐振腔的一侧镀膜，1319nm激光的反射率为80％，1064nm激光的反射率为25％。

9.根据权利要求1或2所述的激光器，其特征在于，第一路激光λ₁采用加压式电光调Q，第二路激光λ₂采用退压式电光调Q，两路激光共用同一电光调Q晶体，当第一泵浦源和第二泵浦源采用等间隔交替泵浦，施加共用调Q偏置电压时，获得1319nm脉冲激光输出；退去共用调Q偏置电压时，获得1064nm脉冲激光输出，周期性施加/退去共用调Q偏置电压，获得正交偏振且交替输出的1064&1319nm双波长脉冲激光。

10.一种利用权利要求1-9中任一正交偏振双波长交替调Q激光器输出激光的方法，其特征在于，所述方法包括：

在步骤S301中，第一激光电源、第二激光电源分别为第一泵浦源、第二泵浦源供电，使得所述第一泵浦源、第二泵浦源分别为第一激光增益介质、第二激光增益介质提供脉冲泵浦光；

在步骤S302中，在电光调Q晶体两端施加共用调Q偏置电压，第二路激光λ₂谐振腔处于高损耗状态，第二激光增益介质处于粒子数反转状态，第一路激光λ₁谐振腔处于低损耗状态，输出第一路调Q激光λ₁；

在步骤S303中，退去电光调Q晶体两端的共用调Q偏置电压，第一路激光λ₁谐振腔处于高损耗状态，第一激光增益介质处于粒子数反转状态，第二路激光λ₂谐振腔处于低损耗状态，输出第二路调Q激光λ₂；

在步骤S304中，周期性重复电光调Q晶体的加压和退压状态，获得正交偏振、交替输出的第一/二路激光。

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