CN117239529A - 基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器及输出方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及全固态激光器领域，尤其涉及一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器及输出方法。其中，从左向右依次为输出镜、Cr4+:YAG晶体、声光路径调控器。声光路径调控器右侧为三条光路。第一光路由左到右依次是第一Nd:YAG晶体、第一输入镜、第一LD泵浦光源；第二光路由左到右依次是第二Nd:YAG晶体、第二输入镜、第二LD泵浦光源；第三光路由左到右依次是第三Nd:YAG晶体、第三输入镜、第三LD泵浦光源。本公开利用声光路径调控器配合多路径激光振荡结构，在无水无风冷条件下实现多路激光振荡结构精准切换，获得了高重频（100Hz以上）激光输出。多路切换技术降低Nd:YAG晶体工作时间，减小了由热效应引起的转换效率降低、光束质量变差等现象。
Description
技术领域
本公开涉及全固态激光器领域，尤其涉及一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器及输出方法。
背景技术
随着激光技术的不断发展，高重频激光的研究逐渐引起了人们的关注。高重频激光具有高精度、高速度和高效率等优点，可以应用于通信、成像、加工、测量和检测。全固态激光器具有高能量密度、高光束质量和高稳定性的特点，因此被广泛应用于激光测距仪中。目前，激光测距仪普遍采用无水无风冷的小型化全固态激光器。由于无水无风冷容易引发严重的热效应，导致输出激光能量、光束质量显著下降，因此此类激光器通常只能在低重频情况下工作，重复频率通常只有30Hz-40Hz。但是，低重频激光限制了测距仪测量精度的提升。高精度测量对高重频无水无风冷激光器产生了巨大需求。
在脉冲激光器中，聚集在激光晶体内的热量会导致晶体变形或损坏，从而影响激光输出稳定性，降低激光器输出功率与光束质量。为了降低热效应，可以通过增加水冷、风冷装置来实现。但特定应用场景限制了激光器体积大与成本，无法使用主动冷却技术。因此，需要开发高重频无水无风冷激光器以满足测距、光电对抗等领域需求。
发明内容
为了提高无水无风冷激光器的重复频率，本公开提供了一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器及输出方法。
本公开提供的一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器包括第一LD泵浦光源、第二LD泵浦光源、第三LD泵浦光源、第一输入镜、第二输入镜、第三输入镜、第一Nd:YAG晶体、第二Nd:YAG晶体、第三Nd:YAG晶体、声光路径调控器、Cr4+:YAG晶体和输出镜。
从左向右依次为输出镜、Cr4+:YAG晶体、声光路径调控器。声光路径调控器右侧为三条光路。第一光路为声光路径调控器的正一级衍射光通路，由左到右依次是第一Nd:YAG晶体、第一输入镜、第一LD泵浦光源；第二光路为声光路径调控器的零级衍射光通路，由左到右依次是第二Nd:YAG晶体、第二输入镜、第二LD泵浦光源；第三光路为声光路径调控器的负一级衍射光通路，由左到右依次是第三Nd:YAG晶体、第三输入镜、第三LD泵浦光源。
本公开基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器还包括第四LD泵浦光源、第五LD泵浦光源、第四输入镜、第五输入镜、第四Nd:YAG晶体、第五Nd:YAG晶体。
依次设置第四Nd:YAG晶体、第四输入镜、第四LD泵浦光源，组成的光路位于第一光路上方；依次设置第五Nd:YAG晶体、第五输入镜、第五LD泵浦光源，组成的光路位于第三光路下方。
声光路径调控器主要由声光介质、吸声材料、换能器、驱动电源组成。
第一LD泵浦光源、第二LD泵浦光源、第三LD泵浦光源、第四LD泵浦光源和第五LD泵浦光源输出波长为808nm。
第一输入镜、第二输入镜、第三输入镜、第四输入镜和第五输入镜镀808nm高透膜、1064nm全反膜；输出镜镀1064nm增透膜、808nm全反膜。
第一输入镜、第二输入镜、第三输入镜、第四输入镜、第五输入镜和输出镜材质为K9晶体。
根据本发明的另一方面，还提供利用上述激光器输出激光的方法，所述方法包括：
S1：声光路径调控器中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正二级衍射光通路。第四LD泵浦光源开启，发出的泵浦光经第四输入镜，聚焦在第四Nd:YAG晶体。第四Nd:YAG晶体吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第四LD泵浦光源。
S2：声光路径调控器中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正一级衍射光通路。第一LD泵浦光源开启，发出的泵浦光经第一输入镜，聚焦在第一Nd:YAG晶体。第一Nd:YAG晶体吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第一LD泵浦光源。
S3：声光路径调控器中驱动电源不向换能器施加电信号，声光介质中形成零级衍射光通路。第二LD泵浦光源开启，发出的泵浦光经第二输入镜，聚焦在第二Nd:YAG晶体。第二Nd:YAG晶体吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第二LD泵浦光源。
S4：声光路径调控器中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成负一级衍射光通路。第三LD泵浦光源开启，发出的泵浦光经第三输入镜，聚焦在第三Nd:YAG晶体。第三Nd:YAG晶体吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第三LD泵浦光源。
S5：声光路径调控器中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成负二级衍射光通路。第五LD泵浦光源开启，发出的泵浦光经第五输入镜，聚焦在第五Nd:YAG晶体。第五Nd:YAG晶体吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第五LD泵浦光源。
S6：不断重复以上S1-S5步骤，在输出镜后获得高重频的脉冲激光。
本公开提出了一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器及输出方法，利用声光路径调控器配合多路径激光振荡结构，在无水无风冷条件下实现多路激光振荡结构精准切换，获得了高重频（100Hz以上）激光输出。多路切换技术降低Nd:YAG晶体工作时间，减小了由热效应引起的转换效率降低、光束质量变差等现象。因此，本公开为高重频无水无风冷激光器提供了一种新的技术思路。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是声光路径调控器结构及工作原理示意图。
图2是基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器的第一实施例。
图3是基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器的第二实施例。
图4是声光路径调控器的时序图。
具体实施方式
现在将参照若干示例性实施例来论述本公开的内容。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开的内容，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。
如本文中所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。
实施例一
图1是声光路径调控器结构及工作原理示意图。声光路径调控器10主要由声光介质、吸声材料、换能器、驱动电源等组成。声光路径调控器10中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正二级衍射光、正一级衍射光、负一级衍射光、负二级衍射光通路。声光路径调控器10中驱动电源不向换能器施加电信号，声光介质中形成零级衍射光通路。由此，可以通过改变声光路径调控器10中驱动电源信号，实现光路在正二级衍射光、正一级衍射光、零级衍射光、负一级衍射光、负二级衍射光间精准切换。
图2为一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器第一实施例。基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器包括第一LD泵浦光源1、第二LD泵浦光源2、第三LD泵浦光源3、第一输入镜4、第二输入镜5、第三输入镜6、第一Nd:YAG晶体7、第二Nd:YAG晶体8、第三Nd:YAG晶体9、声光路径调控器10、Cr4+:YAG晶体11和输出镜12。
从左向右依次为输出镜12、Cr4+:YAG晶体11、声光路径调控器10。声光路径调控器10右侧为三条光路。第一光路为声光路径调控器10的正一级衍射光通路，由左到右依次是第一Nd:YAG晶体7、第一输入镜4、第一LD泵浦光源1；第二光路为声光路径调控器10的零级衍射光通路，由左到右依次是第二Nd:YAG晶体8、第二输入镜5、第二LD泵浦光源2；第三光路为声光路径调控器10的负一级衍射光通路，由左到右依次是第三Nd:YAG晶体9、第三输入镜6、第三LD泵浦光源3。
实施例二
图3为一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器第二实施例。基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器还包括第四LD泵浦光源13、第五LD泵浦光源16、第四输入镜14、第五输入镜17、第四Nd:YAG晶体15、第五Nd:YAG晶体18。
依次设置第四Nd:YAG晶体15、第四输入镜14、第四LD泵浦光源13，组成的光路位于第一光路上方；依次设置第五Nd:YAG晶体18、第五输入镜17、第五LD泵浦光源16，组成的光路位于第三光路下方。
根据本发明的另一方面，还提供利用上述激光器输出激光的方法，所述方法包括：
S1：声光路径调控器10中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正二级衍射光通路。第四LD泵浦光源13开启，发出的泵浦光经第四输入镜14，聚焦在第四Nd:YAG晶体15。第四Nd:YAG晶体15吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体11作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜12射出。激光脉冲射出后，关闭第四LD泵浦光源13。
S2：声光路径调控器10中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正一级衍射光通路。第一LD泵浦光源1开启，发出的泵浦光经第一输入镜4，聚焦在第一Nd:YAG晶体7。第一Nd:YAG晶体7吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体11作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第一LD泵浦光源1。
S3：声光路径调控器10中驱动电源不向换能器施加电信号，声光介质中形成零级衍射光通路。第二LD泵浦光源2开启，发出的泵浦光经第二输入镜5，聚焦在第二Nd:YAG晶体8。第二Nd:YAG晶体8吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体11作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第二LD泵浦光源2。
S4：声光路径调控器10中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成负一级衍射光通路。第三LD泵浦光源3开启，发出的泵浦光经第三输入镜6，聚焦在第三Nd:YAG晶体9。第三Nd:YAG晶体9吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体11作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第三LD泵浦光源3。
S5：声光路径调控器10中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成负二级衍射光通路。第五LD泵浦光源16开启，发出的泵浦光经第五输入镜17，聚焦在第五Nd:YAG晶体18。第五Nd:YAG晶体18吸收泵浦光，形成粒子数反转。在Cr4+:YAG晶体11作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出。激光脉冲射出后，关闭第五LD泵浦光源16。
S6：不断重复以上S1-S5步骤，在输出镜后获得高重频的脉冲激光。
如图4所示，通过时序改变声光路径调控器的电信号，实现多路激光振荡结构精准切换，降低每块Nd:YAG晶体工作频率。激光输出频率为120Hz时，每块Nd:YAG晶体工作频率仅为24Hz，降低了Nd:YAG晶体工作时间，减小了由热效应引起的转换效率降低、光束质量变差等现象。通过声光路径调控，可以获得100Hz以上的重复频率。本公开提出基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器，可以利用声光路径调控完成多路激光振荡结构精准切换，实现无水无风冷、高功率、高光束质量激光输出。
可以理解的是，本公开中“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。
进一步可以理解的是，术语“第一”、“第二”等用于描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开，并不表示特定的顺序或者重要程度。实际上，“第一”、“第二”等表述完全可以互换使用。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。
进一步可以理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
进一步可以理解的是，除非有特殊说明，“连接”包括两者之间不存在其他构件的直接连接，也包括两者之间存在其他元件的间接连接。
进一步可以理解的是，本公开实施例中尽管在附图中以特定的顺序描述操作，但是不应将其理解为要求按照所示的特定顺序或是串行顺序来执行这些操作，或是要求执行全部所示的操作以得到期望的结果。在特定环境中，多任务和并行处理可能是有利的。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (3)
1.一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器，其特征在于，
包括，第一LD泵浦光源（1）、第二LD泵浦光源（2）、第三LD泵浦光源（3）、第一输入镜（4）、第二输入镜（5）、第三输入镜（6）、第一Nd:YAG晶体（7）、第二Nd:YAG晶体（8）、第三Nd:YAG晶体（9）、声光路径调控器（10）、Cr4+:YAG晶体（11）和输出镜（12）；
从左向右依次为输出镜（12）、Cr4+:YAG晶体（11）、声光路径调控器（10）；
所述声光路径调控器（10）右侧为三条光路；其中
第一光路为声光路径调控器（10）的正一级衍射光通路，由左到右依次是第一Nd:YAG晶体（7）、第一输入镜（4）、第一LD泵浦光源（1）；
第二光路为声光路径调控器（10）的零级衍射光通路，由左到右依次是第二Nd:YAG晶体（8）、第二输入镜（5）、第二LD泵浦光源（2）；
第三光路为声光路径调控器（10）的负一级衍射光通路，由左到右依次是第三Nd:YAG晶体（9）、第三输入镜（6）、第三LD泵浦光源（3）。
2.根据权利要求1所述的基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器，其特征在于，
还包括第四LD泵浦光源（13）、第五LD泵浦光源（16）、第四输入镜（14）、第五输入镜（17）、第四Nd:YAG晶体（15）、第五Nd:YAG晶体（18）；其中，
第四光路为声光路径调控器（10）的正二级衍射光通路，从左至右依次设置第四Nd:YAG晶体（15）、第四输入镜（14）、第四LD泵浦光源（13），组成的光路位于第一光路上方；
第五光路为声光路径调控器（10）的负二级衍射光通路，从左至右依次设置第五Nd:YAG晶体（18）、第五输入镜（17）、第五LD泵浦光源（16），组成的光路位于第三光路下方。
3.一种基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器的输出方法，采用了如权利要求1或2所述的基于声光路径调控的高重频无水无风冷激光器，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：声光路径调控器（10）中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正二级衍射光通路；第四LD泵浦光源（13）开启，发出的泵浦光经第四输入镜（14），聚焦在第四Nd:YAG晶体（15）；第四Nd:YAG晶体（15）吸收泵浦光，形成粒子数反转；在Cr4+:YAG晶体（11）作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜（12）射出；激光脉冲射出后，关闭第四LD泵浦光源（13）；
S2：声光路径调控器（10）中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成正一级衍射光通路；第一LD泵浦光源（1）开启，发出的泵浦光经第一输入镜（4），聚焦在第一Nd:YAG晶体（7）；第一Nd:YAG晶体（7）吸收泵浦光，形成粒子数反转；在Cr4+:YAG晶体（11）作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出；激光脉冲射出后，关闭第一LD泵浦光源（1）；
S3：声光路径调控器（10）中驱动电源不向换能器施加电信号，声光介质中形成零级衍射光通路；第二LD泵浦光源（2）开启，发出的泵浦光经第二输入镜（5），聚焦在第二Nd:YAG晶体（8）；第二Nd:YAG晶体（8）吸收泵浦光，形成粒子数反转；在Cr4+:YAG晶体（11）作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出；激光脉冲射出后，关闭第二LD泵浦光源（2）；
S4：声光路径调控器（10）中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成负一级衍射光通路；第三LD泵浦光源（3）开启，发出的泵浦光经第三输入镜（6），聚焦在第三Nd:YAG晶体（9）；第三Nd:YAG晶体（9）吸收泵浦光，形成粒子数反转；在Cr4+:YAG晶体（11）作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出；激光脉冲射出后，关闭第三LD泵浦光源（3）；
S5：声光路径调控器（10）中驱动电源向换能器施加电信号，声光介质中形成负二级衍射光通路；第五LD泵浦光源（16）开启，发出的泵浦光经第五输入镜（17），聚焦在第五Nd:YAG晶体（18）；第五Nd:YAG晶体（18）吸收泵浦光，形成粒子数反转；在Cr4+:YAG晶体（11）作用下，生成一个激光脉冲，从输出镜射出；激光脉冲射出后，关闭第五LD泵浦光源（16）；
S6：不断重复以上S1-S5步骤，在输出镜后获得高重频的脉冲激光。
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2023
- 2023-11-16 CN CN202311525682.3A patent/CN117239529B/zh active Active
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