CN200969480Y - 增益开关型巨脉冲钛宝石激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种巨脉冲输出的钛宝石激光器，包括泵浦源，聚焦透镜，钛宝石晶体和钛宝石谐振腔。泵浦源为全固态激光器，利用半导体激光二极管侧面泵浦Nd:YAG晶体，内腔倍频KTP晶体，通过声光Q开关产生准连续的532nm泵浦光，通过一聚焦透镜聚焦到钛宝石晶体上；钛宝石谐振腔为以重火石棱镜为色散元件的色散腔；钛宝石晶体双端面为布儒斯特角切割，重火石棱镜也按一定角度放置，使振荡光能以布儒斯特角入射、出射棱镜。以全反镜为调谐元件，可以调谐输出波长。输出耦合镜架置于一可沿光传播方向滑动的导轨上，以方便调谐腔长。本实用新型具有结构简单，能够有效调谐并缩短输出脉冲脉宽的优点。

Description

增益开关型巨脉冲钛宝石激光器

技术领域

本实用新型涉及一种腔长可调从而控制输出脉宽的巨脉冲钛宝石激光器，属钛宝石激光器技术领域。

背景技术

掺钛蓝宝石(Ti：Al2O3，简称钛宝石)激光器是一种新型的顺磁子固体可调谐激光器，具有结构简单、性能稳定、寿命长、调谐范围宽(650-1200nm)、转换效率高、运转方便等许多突出的优点。掺钛蓝宝石激光器可用于激光测距、非线形光学、激光雷达和遥感等。钛宝石激光器是迄今为止输出光谱在红外和近红外波段调谐范围最宽的固体激光器之一，若辅以非线形光学频率变换技术，还可大大扩展其输出光谱范围，使其特点更突出、性能更优越。由于它具有如此宽的波长调谐范围，因此在于扰与反干扰等光电对抗领域具有很大的吸引力。

由于光学参量振荡器、二倍频、三倍频、受激喇曼等非线性光学频率变换技术的转换效率与泵浦激光的峰值功率有着极大的关系(峰值功率越高，转换效率越高)，因此，研制巨脉冲钛宝石激光器将有很大的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单，能够有效调谐并缩短输出脉冲脉宽的钛宝石激光器。为此，本实用新型的技术方案如下：

一种增益开关型巨脉冲钛宝石激光器，包括泵浦源，聚焦透镜，钛宝石晶体和谐振腔，其中：

泵浦源为全固态激光器，采用半导体激光二极管阵列泵浦的Nd:YAG激光头(LD)，通过II类相位匹配的KTP晶体对基频光倍频，并由声光开关(Q)对其进行调制，获得高峰值功率准连续532nm泵浦光；

聚焦透镜(F)，用于汇聚上述泵浦源所产生的泵浦光；

钛宝石晶体，双端面以布儒斯特角切割，置于安装在聚焦透镜(F)焦点处的水冷却架中，并以布儒斯特角设置在色散棱镜(P)和输出镜(M5)之间的光路上；

钛宝石谐振腔，由设置在同一光路上的全反镜(M4)，色散棱镜(P)和输出镜(M5)构成，全反镜(M4)为平面镜，设置有650～750nm，750～850nm或850～950nm膜片；输出镜(M5)上设置有与全反镜(M4)采用的膜片为同一膜系的膜片，并置于能够沿通光方向平行滑动的导轨上。

上述技术方案中，半导体激光二极管阵列泵浦的Nd:YAG激光头(LD)内的Nd:YAG晶体尺寸为：Φ3×136mm，双端面镀1064nm高透膜；KTP晶体的切割角为φ＝23.6°，θ＝90°；声光开关(Q)的调制频率按照能够产生高平均功率以及高单脉冲能量的准连续光输出来确定，调制频率在为2～30kHz之间。

色散棱镜(P)采用重火石玻璃棱镜，顶角为60度，以布儒斯特角放置在谐振腔内的光路上。

在谐振腔的光路上设置两个或两个以上的同种色散棱镜，各个色散棱镜以相同方式排布在腔内。

本实用新型采用可在导轨上滑动的输出镜来调谐调节腔长，在泵浦功率一定的情况下，配合调谐泵浦光的重复频率，改变泵浦脉冲能量，获得短脉宽高单脉冲能量的最佳输出。本实用新型具有结构简单，调谐简单快捷的特点。

附图说明

图1为本实用新型的装置图。

附图标记：

M1为1064nm全反镜      M2为谐波镜(1064nm高透，532nm高反)

M3为532nm输出镜       Q为声光Q开关

LD为半导体激光二级管阵列泵浦的Nd:YAG激光头

F为聚焦透镜         P为重火石棱镜

M4为钛宝石全反镜    M5为钛宝石输出镜，可在导轨上沿光路方向平行滑动

M1，M2，M3，M4，M5均为平面镜

具体实施方式

采用KTP晶体内腔倍频的Nd:YAG激光器泵浦的全固态钛宝石激光器，具有增益开关性质：由于泵浦脉冲远小于增益介质的上能级寿命，使激光介质在10ns量级的瞬间获得极高的增益而形成巨脉冲输出。通过理论计算分析，增益开关型激光器输出的脉冲宽度跟谐振腔腔长成正比，并且跟泵浦脉冲能量有一定关系，单脉冲能量越大，输出脉宽越窄，因此通过调节腔长和泵浦源就能获得10ns量级窄脉宽的巨脉冲输出。

本实用新型基于上述的方法，通过全固态准连续532nm泵浦源与一个腔长可调谐的钛宝石谐振腔相结合，运用增益开关技术，通过调谐腔长和泵浦源的重复频率，获得窄脉宽的巨脉冲钛宝石光输出，以满足光学参量振荡器、二倍频、三倍频、受激喇曼等非线性光学频率变换技术中对泵浦光高峰值功率的需要。

本实用新型提供的增益开关型巨脉冲钛宝石激光器，包括泵浦源，聚焦透镜，钛宝石晶体和钛宝石谐振腔。泵浦源为全固态激光器，利用半导体激光二极管侧面泵浦Nd:YAG晶体，内腔倍频KTP晶体，通过声光Q开关产生准连续的532nm泵浦光，通过一聚焦透镜聚焦到钛宝石晶体上；钛宝石谐振腔为以重火石棱镜为色散元件的色散腔；钛宝石晶体双端面为布儒斯特角切割，重火石棱镜也按一定角度放置，使振荡光能以布儒斯特角入射、出射棱镜。以全反镜为调谐元件，可以调谐输出波长。输出耦合镜架置于一可沿光传播方向滑动的导轨上，以方便调谐腔长。

下面结合图和实例做进一步详述。

本实用新型中，钛宝石激光器由532nm泵浦源和钛宝石谐振腔两部分组成。图1为本实用新型的系统结构图。M1到M3之间为532nm泵浦源，是一台全固态内腔倍频Nd:YAG激光器。M1为1064nm全反镜，Q为声光Q开关，两端镀1064nm增透膜，LD为半导体泵浦模块，内置Nd:YAG晶体棒进行侧面泵浦。M2为谐波镜，靠LD那面镀1064nm高透膜，靠KTP晶体那面镀532nm高反膜。M3为泵浦源的输出镜，镀1064nm高透、532nm高透膜。倍频晶体采用II类相位匹配的KTP晶体，切割角为φ＝23.6°，θ＝90°。基频光在KTP中倍频后，经Q开关的调制，获得532nm的准连续光输出，输出脉冲宽度在数十ns量级，使钛宝石激光器具有增益开关特性。泵浦光经聚焦透镜F，将光斑汇聚到200um左右，入射到钛宝石晶体上，提高了泵浦光的功率密度。

M4到M5之间为钛宝石谐振腔部分。M4为全反镜，由于钛宝石激光器具有600～1200nm近600nm的宽调谐范围，现在的镀膜技术无法覆盖整个波段，可以根据需要选择650～750nm，750～850nm，850～950nm三组膜片。P为重火石棱镜，色散率更高，为使振荡光以布儒斯特角入射出射，棱镜顶角应为60度，并以布儒斯特角放置在谐振腔中。钛宝石晶体双端面以布儒斯特角切割，至于水冷架上，并以相应角度放置在光路中。M5为钛宝石激光器的输出镜，根据需要采用跟全反镜M4一样的膜系。经理论计算，对于增益开关型钛宝石激光器，激光输出的脉冲宽度根腔长成正比，并跟泵浦强度有关。因此，除增加泵浦强度，如增加泵浦功率，降低Q开关的重复频率从而增加泵浦光单脉冲能量外，缩短腔长可以有效的压窄输出脉冲宽度。因此我们特别设计了将M5置于一条沿光路方向平行滑动的导轨之上，从而方便快捷的调谐钛宝石谐振腔腔长的方案。

本实用新型也可以在腔内增加同样的棱镜，以相同方式排布在腔内，能进一步压窄输出线宽，获得窄线宽的激光输出。

Claims (4)

1.一种增益开关型巨脉冲钛宝石激光器，包括泵浦源，聚焦透镜，钛宝石晶体和谐振腔，其特征是：

所述泵浦源为全固态激光器，采用半导体激光二极管阵列泵浦的Nd:YAG激光头(LD)，通过II类相位匹配的KTP晶体对基频光倍频，并由声光开关(Q)对其进行调制，获得高峰值功率准连续532nm泵浦光；

所述聚焦透镜(F)，用于汇聚上述泵浦源所产生的泵浦光；

所述钛宝石晶体，双端面以布儒斯特角切割，置于安装在聚焦透镜(F)焦点处的水冷却架中，并以布儒斯特角设置在色散棱镜(P)和输出镜(M5)之间的光路上；

所述钛宝石谐振腔，由设置在同一光路上的全反镜(M4)，色散棱镜(P)和输出镜(M5)构成，全反镜(M4)为平面镜，设置有650～750nm，750～850nm或850～950nm膜片；输出镜(M5)上设置有与全反镜(M4)采用的膜片为同一膜系的膜片，并置于能够沿通光方向平行滑动的导轨上。

2.按权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，半导体激光二极管阵列泵浦的Nd:YAG激光头(LD)内的Nd:YAG晶体尺寸为：φ3×136mm，双端面镀1064nm高透膜KTP晶体的切割角为φ＝23.6°，θ＝90°；声光开关(Q)的调制频率按照能够产生高平均功率以及高单脉冲能量的准连续光输出来确定，调制频率在为2～30kHz之间。

3.按权利要求1所述的钛宝石激光器，其特征在于，所述色散棱镜(P)采用重火石玻璃棱镜，顶角为60度，以布儒斯特角放置在谐振腔内的光路上。

4.按权利要求1至3任意一项所述的钛宝石激光器，其特征在于，在谐振腔的光路上设置两个或两个以上的同种色散棱镜，各个色散棱镜以相同方式排布在腔内。

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