CN1259759C - 光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器 - Google Patents
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Abstract
一种以掺Nd3+的激光晶体为激光激活介质，在氙灯为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在脉冲工作方式下，该器件输出1.3μm波段小于几纳秒的激光脉冲。本发明在振荡级谐振腔中的反射镜、输出镜面镀上对1.0μm波段抑制、而1.3μm波段易于运转的介质膜，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器、偏振片。取出振荡级的部分激光，通过光电探测器收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号；同时在振荡级输出激光的光路上设置几组一定距离放置的反射镜产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由起偏器、电光调制器组成的削波组件，由前述的触发信号控制电光调制器的开关。这种方法使得1.3μm波段激光脉冲稳定性大大提高，使其在稳定性要求较高的应用领域有较大的前景。
Description
技术领域
本发明的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器，属光电子领域。其基波及其非线性变频的相干辐射，可应用于激光医疗、激光加工、激光无损精密测试、激光通讯、天文学等多个方面。
背景技术
1.3μm波段激光，尤其是短脉冲、大能量激光，有着广泛的应用背景。众所用知，掺钕激光晶体在1.3μm波段的跃迁截面比其在1.0μm波段要小得多，见表1(沈鸿元等，Measurement of the Stimulated Emmission Crosssection for 4F3/2-4I13/2 transition of Nd3+ in YAlO3 Crystal”，IEEEJ.QuantumElectron.，1989，Vol.25，No.2，144)。这就决定了采用电光调Q的方法获得的激光脉冲较宽，往往大于10纳秒甚至在几十纳秒以上。而在诸如激光医疗的某些应用、光学元件损耗系数振荡衰减法精确测试中，如此之宽的激光脉冲有其很大的局限性。
表1.一些掺钕激光晶体的基本参数
晶体 Nd：YAG Nd：YLF Nd：BEL Nd：YAlO3 Nd：YVO4
荧光寿命τ(μs) 230 480 144 150 99
4F3/2-4I13/2波长(nm) 1338/1318 1313 1351 1341.4 1342
σ1(×10-19cm2) 0.9/0.92 0.6 0.4 2.2 6.0
σ1·τ(×10-19cm2·μs) 207/211.6 288 57.6 330 594
4F3/2-4I11/2波长(nm) 1064 1047 1070 1079.5 1064
σ2(×10-19cm2) 4.6 3.2/2.6 2.1 4.6 18.6
本发明的目的在于公开一种能输出1.3μm波段小于几纳秒的掺钕晶体脉冲激光器。将在激光医疗、激光加工、激光无损精密测试、激光通讯、天文学等多个方面具有较好的应用前景。
实现本发明的技术方案可通过附图加以说明：
图1为“光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器”结构原理图。以Nd：YAG、Nd：YVO4、Nd：YAP、Nd：YLF、Nd：BEL中的一种激光晶体为激光激活介质4，在氙灯为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在脉冲泵浦工作方式下，在激光器的振荡级谐振腔中的反射镜1面镀上对1.3μm波段全反射、1.0μm波段有较高透过率的介质膜，输出镜镀制对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数的介质膜，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器2、偏振片3，振荡级产生10-20纳秒100-400mj的宽脉冲偏振激光。在振荡级谐振腔的反射镜1或输出镜5后设置一块光电探测器9收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号，在振荡级谐振腔的输出激光的光路上设置几组一定距离放置的反射镜6产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由电光调制器7、起偏器8组成的削波组件，由前述的触发信号控制电光调制器7的开关。
之所以要采用以上的光路延时削波法而不是采用第一块电光调制器2触发信号的经过电路延时再控制第二块电光调制器7，主要是从激光的稳定性要求出发的。因为从第一块电光调制器2Q开关打开经过激光雪崩过程而产生激光脉冲上升沿大约几十到上百纳秒的建立时间，而这段建立时间的长短受到几个因素的影响，包括泵浦光源强度百分之几的涨浮，激光脉冲最初种子随机起源于激光晶体棒的前端还是后端、最初是向前还是向后传播。以上这些因素都决定了采用第一块电光调制器2触发信号的经过电路延时再控制第二块电光调制器7会有几个纳秒的波动，而我们的目标就是用削波法截取几个纳秒的窄脉冲。显然必须另采用稳定可靠的延时法来控制削波组件7、8。在本发明中我们采用光路延时削波法来解决上述问题。首先我们取反射镜1漏出的激光或分束取出输出镜5后的激光，通过一块光电探测器9如锗光敏二极管或雪崩二极管来收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号。但由这一信号立即去控制削波组件7、8是不现实的，因为控制电路本身需要十几纳秒的反应时间。而我们采用光在几个反射镜6中传输产生十几个纳秒的延时。根据光速3×108米/秒，每走1米需要约3.3纳秒。这样激光脉冲经过约十几纳秒走完总路程3-5米的几个反射镜6折反后到达削波组件7、8，这时电控制电路触发削波组件7、8，截取脉宽3-5纳秒20-100毫焦耳的1.3μm波段激光脉冲。根据应用场合的不同，有的需要更大能量的激光脉冲时可再通过几级激光放大级来实现。
本发明与背景技术相比所具有的有益的效果：采用光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器，比电路延时削波法截取的激光脉冲稳定性大大提高。使其在稳定性要求较高的领域，如激光医疗、激光加工、激光无损精密测试、激光通讯、天文学等多个方面具有较大的应用前景。
附图说明
现对附图作图面说明：图1是光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器的结构原理图；图2是本发明灯泵浦的光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器的构成图。
具体实施方式
下面结合附图2进一步描述本发明的实施例：
图2中，激光激活介质4为Nd：YAG晶体，脉冲氙灯10作为泵浦灯，滤光管11用于滤去泵浦灯的紫外辐射，在紧包式椭圆型或圆型聚光腔15内充满介质冷却液，冷却工作物质和泵浦灯，反射镜1是对1.319μm的反射率为99.8％、对1.064μm的透射率为99.2％的曲率半径为5米的凹镜介质镜，激光的输出镜5的曲率半径为3米，对1.064μm有98.9％的透过率并对1.319μm输出耦合度为30％参数，从而使两种波长激光的损耗不同，以达到抑制1.064μm波段的激光，只输出约20纳秒的1.319μm的激光脉冲。反射镜1与输出镜5之间的距离为2米。自循环冷却器13使冷却液循环，电源12是输出能量可变的脉冲氙灯的电源，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器2、偏振片3，振荡级产生10-20纳秒100-400mj的宽脉冲偏振激光。取从振荡级谐振腔的反射镜1漏出的激光或分束取出输出镜5后的激光，通过一块作为光电探测器9的锗雪崩二极管(APD)来收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号。输出激光的光路上设置几组共3米距离放置的反射镜6产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由电光调制器7、起偏器8组成的削波组件，这一削波组件与电光调制器2、偏振片3尽可能近的放置以减少两调制器间由于距离增加的传输延时。控制电源14作为电光调制器2、电光调制器7的升、退压的控制。其中电光调制器2的晶压触发时间相对于氙灯脉冲起点时间大约220微秒，而电光调制器7晶压触发时间相对于作为光电探测器9的锗雪崩二极管(APD)收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号约十几纳秒。通过削波法截取的激光脉冲的宽窄可通过调节几组反射镜6之间的距离或调节调Q控制电源14的延时来实现。
Claims (1)
1.一种光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器，是以Nd:YAG、Nd:YVO4、Nd:YAP、Nd:YLF、Nd:BEL中的一种激光晶体为激光激活介质，在氙灯为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在脉冲工作方式下，该掺钕晶体激光器输出1.3μm波段基波脉冲，具体波长如下：对Nd:YAG晶体为1319nm或1338nm；对Nd:YVO4晶体为1342nm；对Nd:YAP晶体为1341.4nm；对Nd:YLF晶体为1313nm；对Nd:BEL晶体为1351nm，该掺钕晶体激光器输出1.3μm波段小于几纳秒的激光脉冲，在“光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器”的振荡级谐振腔中的反射镜面镀上对1.3μm波段全反射、1.0μm波段有较高透过率的介质膜，输出镜镀制对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数的介质膜，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器、偏振片，振荡级产生10-20纳秒的宽脉冲偏振激光，其特征在于，所述光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器具有以下结构：取振荡级谐振腔的反射镜漏出的激光或分束取出输出镜后的激光，通过一个光电探测器来收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号，在振荡级谐振腔的输出激光的光路上设置几组一定距离放置的反射镜产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由起偏器、电光调制器组成的削波组件，由前述的触发信号控制电光调制器的开关。
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