CN1211896C - 出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器 - Google Patents
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Abstract
一种出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器，在安装板上水平光轴方向的一侧设置有全反镜、另一侧设置有输出镜，在安装板上同一条水平光轴方向全反镜与输出镜之间全反镜的一侧设置有染料盒、输出镜的一侧设置有激光腔，在安装板上同一条水平光轴方向染料盒与激光腔之间设置在其上加工或制作有通光孔的选模器件，在安装板上同一条水平光轴方向激光腔与输出镜之间还设置有光漂移控制器。光漂移控制器插入到由全反镜、染料盒、选模器件、激光腔、输出镜构成的激光振荡级内后，使输出脉冲激光漂移时间控制在100微秒以下，而且非常的稳定可靠，输出能量稳定在10%以内。
Description
技术领域
本发明属于激光技术领域，具体涉及到出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器。
背景技术
锁模激光器是用来产生超短脉冲激光。在一些应用领域，要求锁模激光器产生皮秒宽度的单个激光脉冲，例如超快现象的全息照相。如果被诊断的现象本身的持续时间很短，若作为全息照相的照明光源——激光脉冲和现象不能同步，就不可能拍到超快现象的全息图像和其他的信息。如果外同步信号与超快现象之间有严格的时间关系，为了能拍到超快现象的全息图像，就要求外同步信号与激光器的出光时间之间的漂移绝对不能超过一个数值。例如要研究的快速爆炸现象，就要求激光脉冲的漂移时间不能超过1微秒。
目前使用的被动锁模Nd:YAG激光器大都采用氙灯泵浦，此类泵浦的激光器输出的激光脉冲相对于外同步的电触发信号之间的时间漂移都在5～55微秒之间，远远不能满足某些研究应用的需要，是急需要解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种使外同步信号与激光器的出光时间之间的漂移控制在1微秒以下的出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在安装板上水平光轴方向的一侧设置有全反镜、另一侧设置有输出镜，在安装板上同一条水平光轴方向全反镜与输出镜之间全反镜的一侧设置有染料盒、输出镜的一侧设置有激光腔，在安装板上同一条水平光轴方向染料盒与激光腔之间设置在其上加工或制作有通光孔的选模器件，在安装板上同一条水平光轴方向激光腔与输出镜之间还设置有光漂移控制器。
本发明的光漂移控制器包括：设置在安装板上的格兰棱镜、控制器、普克尔盒暗，格兰棱镜设置在激光腔的出光侧，普克尔盒设置在输出镜的内侧，控制器设置在格兰棱镜与普克尔盒之间。
本发明的控制器包括：光电变换电路、门限电路、整形电路、延时电路、触发电路、高压脉冲发生器，光电变换电路的输出端接门限电路的输入端，门限电路的输出端接整形电路的输入端，整形电路的输出端接延时电路的输入端，延时电路的输出端接触发电路的输入端，触发电路的输入端接高压脉冲发生器的输入端，高压脉冲发生器的输出端接普克尔盒。
本发明的光漂移控制器插入到由全反镜、染料盒、选模器件、激光腔、输出镜构成的激光振荡级内后，使延时的时间正好等于不加光漂移控制器时锁模脉冲的出光时间。只有当激光腔的氙灯发光强度高于门限强度时，由控制器的光电变换电路输出的信号经整形电路、延时电路、触发电路，触发高压脉冲发生器，所产生的一定宽度的高压脉冲加到普克尔盒上，使激光振荡级在极短的时间内损耗降到最小，此时激光腔起振，输出锁模激光脉冲，而在其它时间不发生振荡，不输出锁模脉冲。激光经过光漂移控制器，使输出脉冲激光漂移时间控制在100微秒以下，而且非常稳定可靠，输出能量稳定在10％以内。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图。
图2是图1中光漂移控制器5的控制器5-2的电气原理方框图。
图3是图1中光漂移控制器5的控制器5-2的电子线路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
在图1中，本实施例的出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器由：全反镜1、染料盒2、选模器件3、激光腔4、光漂移控制器5、输出镜6、安装板7联接构成。在安装板7上水平光轴方向的左侧安装有全反镜1、右侧安装有输出镜6，在安装板7上同一条水平光轴方向全反镜1与输出镜6之间全反镜1的右侧安装有染料盒2、输出镜6的左侧安装有光漂移控制器5，在安装板7上同一条水平光轴方向染料盒2与光漂移控制器5之间染料盒2的右侧安装有选模器件3、光漂移控制器5的左侧安装有激光腔4。选模器件3上加工有可通过光的通光孔a，激光腔4内安装有氙灯4-1。全反镜1、染料盒2、选模器件3、激光腔4、输出镜6组成了被动锁模Nd:YAG皮秒激光器的激光振荡级。光漂移控制器5插入激光振荡级内，用于控制激光振荡级内损耗和振荡级的起振时间，经过输出镜6输出锁模激光脉冲序列。
本实施例的光漂移控制器5由安装在安装板6上的格兰棱镜5-1、控制器5-2、普克尔盒5-3构成。格兰棱镜5-1安装在靠近激光腔4的出光侧，普克尔盒5-3安装在靠近输出镜6的内侧，将格兰棱镜5-1和普克尔盒5-3调整到与输出镜6同光轴，控制器5-2安装在格兰棱镜5-1与普克尔盒5-3之间。当被触发激光腔4中的氙灯4-1的发光强度低于门限强度时，不能触发光漂移控制器5，只有氙灯4-1的发光强度高于门限强度时，才能启动光漂移控制器5，使得输出激光的漂移时间控制在100微秒以下，输出能量稳定在10％以内。
在图2中，本实施例的控制器5-2是由光电变换电路、门限电路、整形电路、延时电路、触发电路、高压脉冲发生器连接构成，光电变换电路的输出端接门限电路的输入端，门限电路的输出端接整形电路的输入端，整形电路的输出端接延时电路的输入端，延时电路的输出端接触发电路的输入端，触发电路的输入端接高压脉冲发生器的输入端，高压脉冲发生器的输出端接普克尔盒。
在图3中，本实施例的光电变换电路由光电管P1、R1连接构成。光电管P1安装在激光腔4外，靠近激光腔4的左侧，也可安装在靠近激光腔4的右侧。光电管P1的正极接R1和门限电路、负极接9v电源正极，R1的另一端接地。光电管P1接收到激光腔4中氙灯4-1发出的光信号后，由光电管P1将光信号变成电信号，由R1输出到门限电路。
本实施例的门限电路由光电耦合器O1、R2、R3、电位器W1连接构成。电位器W1的一端和可调端接光电管P1的正极、另一端接光电耦合器O1的二极管的正极，光电耦合器O1的二极管的负极通过R2接地，光电耦合器O1的三极管的集电极接5v电源正极、发射极通过R3接地并接整形电路。由光电变换电路输出的电信号经由电位器W1、R2构成的衰减器的衰减加到光电耦合器O1的输入端，经过光电耦合器O1三极管的发射极和R3输出到整形电路的输入端。
本实施例的整形电路由集成电路U1：A、集成电路U2：A、R4、R5、C1连接构成，集成电路U1：A的型号为74LS74，集成电路U2：A的型号为74LS05。集成电路U1：A的2脚接5v电源正极、3脚接光电耦合器O1的发射极、1脚接R5和C1的一端、4脚接5v电源正极、6脚接R5的另一端和集成电路U2：A的输入端，C1的另一端接地，集成电路U2：A的输出端接延时电路并通过R4接15v电源的正极。当被触发的氙灯4-1的发光强度低于门限强度时，不能触发整形电路，只有氙灯4-1的发光强度高于门限强度时，才能触发整形电路。
本实施例的延时电路由集成电路U3：A、集成电路U3：B、光电耦合器O2、R6～R9、C2、C3、电位器W2连接构成，集成电路U3：A和集成电路U3：B的型号为4538。光电耦合器O2的二极管的正极接集成电路U2：A的输出端、负极通过R6接地，光电耦合器O2的三极管的集电极接15v电源正极、发射极通过R7接地并接集成电路U3：A的4脚。集成电路U3：A的1脚接C2的一端、2脚接R8的一端和C2的另一端、3脚和5脚接地、7脚接集成电路U3：B的12脚，R8的另一端接电位器W2的一端，电位器W2的另一端和可调端接15v电源正极。集成电路U3：B的11和13脚接地、15脚接C3的一端、14脚接R9的一端和C3的另一端、10脚接触发电路，R9的另一端接15v电源正极。由整形电路的集成电路U2：A输出到光电耦合器O2输入端的电信号，从集成电路U3：A的4脚输入、7脚输出到集成电路U3：B，经由集成电路U3：A和集成电路U3：B构成的单稳延时后，从集成电路U3：B的Q端10脚输出到触发电路。
本实施例的触发电路由三极管T1、R10～R12、C4连接构成。三极管T1的基极接集成电路U3：B的10脚、集电极接15v电源正极、发射极接C4的一端并通过R10接地，C4的另一端接R12的一端并通过R11接地，R12的另一端接高压脉冲发生器。由延时电路输出的电信号到三极管T1的基极，经过三极管T1放大，经过R12输出到高压脉冲发生器。
本实施例的高压脉冲发生器由场效应晶体管T2～场效应晶体管T5、R13～R21、C5～C10连接构成。场效应晶体管T2的栅极接触发电路的R12的另一端、源极接地、漏极接场效应晶体管T3的源极并通过R13接场效应晶体管T3的栅极和C5的一端，场效应晶体管T3的漏极接场效应晶体管T4的源极并通过R14接场效应晶体管T4的栅极和C6的一端，场效应晶体管T4的漏极接场效应晶体管T5的源极并通过R15接场效应晶体管T5的栅极和C7的一端，场效应晶体管T5的漏极接R16和C10的一端以及普克尔盒5-3，R16的另一端接C8和C9的一端并通过R17接4000v电源正极，C5～C9的另一端接地，C10的另一端通过R18和R19接地并通过R20和R21接地。由触发电路输出的电信号施加到场效应晶体管T2的栅极，经过由场效应晶体管T2～场效应晶体管T5串的放大，由场效应晶体管T5的漏极输出高压脉冲加到普克尔盒5-3，打开普克尔盒5-3，使激光振荡级在极短的时间内的损耗降到最小，此时激光腔4起振，输出锁模激光。
Claims (1)
1、一种出光时间高稳定度的被动锁模Nd:YAG皮秒激光器，在安装板[7]上水平光轴方向的一侧设置有全反镜[1]、另一侧设置有输出镜[6]，在安装板[7]上同一条水平光轴方向全反镜[1]与输出镜[6]之间全反镜[1]的一侧设置有染料盒[2]、输出镜[6]的一侧设置有激光腔[4]，在安装板[7]上同一条水平光轴方向染料盒[2]与激光腔[4]之间设置有选模器件[3]，在选模器件[3]上加工或制作有通光孔[a]，其特征在于：在安装板[7]上同一条水平光轴方向激光腔[4]与输出镜[6]之间还设置有光漂移控制器[5]，该光漂移控制器[5]是由设置在安装板[7]上的格兰棱镜[5-1]、控制器[5-2]、普克尔盒[5-3]构成，格兰棱镜[5-1]设置在激光腔[4]的出光侧，普克尔盒[5-3]设置在输出镜[6]的内侧，控制器[5-2]设置在格兰棱镜[5-1]与普克尔盒[5-3]之间；上述的控制器[5-2]是由光电变换电路、门限电路、整形电路、延时电路、触发电路、高压脉冲发生器连接构成，光电变换电路的输出端接门限电路的输入端，门限电路的输出端接整形电路的输入端，整形电路的输出端接延时电路的输入端，延时电路的输出端接触发电路的输入端，触发电路的输入端接高压脉冲发生器的输入端，高压脉冲发生器的输出端接普克尔盒[5-3]。
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