CN201528122U - 一种硅酸镓电光晶体调q激光器 - Google Patents

一种硅酸镓电光晶体调q激光器 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种适用于高低温环境工作的脉冲固体激光器，特别是一种采用新型电光晶体硅酸镓作为电光开关的电光调Q激光器。它包括激光泵浦源、谐振腔、Nd:YAG棒、LGS晶体组件、高压脉冲调Q电源，激光泵浦源设置于Nd:YAG棒的一侧，激光泵浦源为脉冲氙灯，谐振腔由全反镜和输出镜组成，谐振腔内依次设置有LGS晶体组件、Nd:YAG棒。本实用新型使Nd:YAG电光调Q激光器在-40℃～+65℃高低温环境条件下实现了高功率、高效率、高重频运转，而且性能稳定，解决了背景技术中军工、航天高功率Nd:YAG电光调Q激光器的技术难题，拓宽了该激光器的应用范围。

Description

一种硅酸镓电光晶体调Q激光器
技术领域
本实用新型涉及一种适用于高低温环境工作的脉冲固体激光器，特别是一种采用新型电光晶体硅酸镓(La3Ga5SiO14，简称LGS)作为电光开关的电光调Q激光器。
背景技术
脉冲固体激光器是目前应用最广泛的一种激光器，使用电光调Q技术可以获得高功率的激光巨脉冲：Q开关关闭时，激光泵浦的能量储存在激光介质中，打开Q开关时，激光介质内的储能在非常短的时间内释放出来，可获得高峰值功率的激光巨脉冲。利用晶体的电光效应可以设计制作出快速的电控光闸，称为电光Q开关。目前能提供掺钕钇铝石榴石(Nd:YAG)脉冲调Q激光器的电光Q开关晶体主要有三种：磷酸二氘钾(KD2PO4，简称DKDP)、铌酸锂(LiNbO3)晶体和磷酸钛氧铷(RbTiOPO4，简称RTP)晶体，其各有优点，多年来已被人们广泛使用。但是，随着激光技术的发展，它们的一些特性不能满足特殊应用的要求。如：LiNbO3晶体的峰值激光功率极限为50MW/cm2左右，不适于在高功率条件下使用；DKDP是水溶性晶体，使用中需采取防潮措施，为防止表面雾化效应工作温度必须低于55℃，其电光系数随温度变化大，需采取温控措施，结构复杂，可靠性存在隐患，其工作电压不可根据晶体尺寸进行调整；RTP电光Q开关需采用两块性能一致的晶体配组使用，使用过程中可能发生晶体性能失配或在高压下击穿损伤，可靠性同样存在隐患。LGS是一种新型具有旋光性的电光晶体，山东大学在国际上首先测得其高电光系数及高光伤阈值(光损伤阈值800MW/cm2约为LiNbO3晶体的10倍)，利用激光在谐振腔中来回振荡的原理和旋光晶体中波矢量反向回转偏振面旋转的角移为零这一特性，同时利用其横向电光效应，在国际上首次实现了旋光性电光晶体在高功率脉冲调Q激光器中的应用(见中国激光第31卷第1期2004年《La3Ga5SiO14晶体电光Q开关的研究》)。由于技术原因，使用LGS晶体作为电光调Q的Nd:YAG激光器至今没有在高低温条件下工作的报导。由于以上原因，目前国内高功率Nd:YAG电光调Q激光器尚不能在-40℃～+65℃环境条件下使用，限制了高功率Nd:YAG电光调Q激光器的广泛应用，特别是在军工、航天方面的应用。
发明内容
本实用新型针对现有技术的不足，提供一种电光晶体硅酸镓调Q激光器。它采取特殊的温控装置，克服现有高功率Nd:YAG电光调Q激光器不能在-40℃～+65℃高低温下工作的缺陷，以满足高功率Nd:YAG电光调Q激光器在军工、航天方面使用的要求。
一种硅酸镓电光晶体调Q激光器，包括激光泵浦源、谐振腔、Nd:YAG棒、LGS晶体组件、高压脉冲调Q电源，激光泵浦源设置于Nd:YAG棒的一侧；其特征在于，激光泵浦源为脉冲氙灯，谐振腔由全反镜和输出镜组成，谐振腔内依次设置有LGS晶体组件、Nd:YAG棒。
所述的Nd:YAG棒的两个端面均镀有增透膜。Nd:YAG棒用作激光介质，Nd:YAG激光器须使用大能量的氙灯泵浦才能获得高功率的输出，而大能量的氙灯泵浦必将使激光棒端面产生热透镜效应、激光棒体内增益不均匀，导致激光泵浦效率下降、光束质量变坏、工作频率下降。
所述的Nd:YAG棒的侧表面设置有螺纹。该螺纹结构可增加Nd:YAG棒的散热面积和导热效果，提高了氙灯泵浦的均匀性，从而减少了大能量泵浦产生的热透镜效应，使激光介质增益均匀，输出光强分布均匀，同时提高了激光泵浦效率和工作频率。
所述的螺纹的高度为Nd:YAG棒直径的0.02倍，螺纹的间距为Nd:YAG棒直径的0.131～0.196倍。当螺纹在该尺寸范围时，激光器热透镜效应小、激光泵浦效率高、工作频率高、激光输出光强分布均匀。
所述的Nd:YAG棒与LGS晶体组件之间设置有温控λ/4波片。
所述的LGS晶体组件与输出镜之间设置有起偏器。
LGS晶体组件与高压脉冲调Q电源、起偏器、温控λ/4波片共同组成硅酸镓电光晶体调Q激光器。其中LGS晶体的两端面均镀有增透膜，晶体X方向为电场加压方向，加压表面镀金电极。在高低温下采用TEC半导体致冷装置将λ/4波片恒温在20℃±5℃以保证波片的位相精度。
本实用新型工作过程如下：利用起偏器将自然光变为偏振光的原理，利用λ/4波片产生位相延迟的原理将Q开关关闭，利用加压式高压脉冲调Q电源瞬时给LGS晶体的两个电极施加工作电压，利用位相延迟的原理将Q开关打开。
本实用新型硅酸镓电光晶体调Q激光器采用新型抗光损伤电光晶体LGS制作电光开关提高了激光器的抗光损伤能力；λ/4波片采用温控措施保证了电光开关的温度性能；激光棒侧表面采用螺纹加工工艺，减少大能量泵浦产生的热透镜效应，同时提高了泵浦的均匀性，从而使Nd:YAG电光调Q激光器在-40℃～+65℃高低温环境条件下实现了高功率、高效率、高重频运转，而且性能稳定，解决了背景技术中军工、航天高功率Nd:YAG电光调Q激光器的技术难题，拓宽了该激光器的应用范围。
附图说明
图1是本实用新型硅酸镓电光晶体调Q激光器光路结构示意图。
其中：[1]全反镜、[2]Nd:YAG棒、[3]高压脉冲调Q电源、[4]起偏器、[5]输出镜、[6]LGS晶体组件、[7]温控λ/4波片、[8]脉冲氙灯。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的阐述，但本实用新型所保护范围不限于此。
实施例1
硅酸镓电光晶体调Q激光器光路结构如图1所示，包括全反镜[1]、Nd:YAG棒[2]、高压脉冲调Q电源[3]、1064nm波长起偏器[4]、输出镜[5]、LGS晶体组件[6]、温控1064nm波长λ/4波片[7]、脉冲氙灯[8]；脉冲氙灯[8]设置于Nd:YAG棒[2]的一侧，由脉冲氙灯[8]发出的泵浦光从侧面对Nd:YAG棒[2]进行泵浦，全反镜[1]和输出镜[5]组成谐振腔，谐振腔内依次放置Nd:YAG棒[2]、温控1064nm波长λ/4波片[7]、LGS晶体组件[6]、1064nm波长起偏器[4]。Nd:YAG棒[2]用作激光介质，其两个端面均镀有1064nm波长的增透膜，将Nd:YAG棒侧表面加工成螺纹形状，螺纹的高度为0.02D、螺纹的间距为0.196D(D表示激光棒的直径)。
所述的LGS晶体组件[6]与高压脉冲调Q电源[3]、1064nm波长起偏器[4]、温控1064nm波长λ/4波片[7]共同组成加压式电光调Q开关。其中，温控1064nm波长λ/4波片[7]采用TEC半导体致冷装置将其恒温在20℃±5℃；LGS晶体尺寸10x10x30mm、两端面镀1064nm波长的增透膜；高压脉冲调Q电源[3]瞬时提供5000～6000v的工作电压。(注：晶体的长度可以根据具体要求进行选取，可以通过调节工作电压方向晶体长度和通光方向晶体长度的比例来调节工作电压)
全反镜[1]为平面镜，表面镀1064nm波长的高反膜；输出镜[5]为平面镜，表面镀1064nm波长、反射率为25±5％的半反膜。
激光器的工作流程：脉冲氙灯[8]发出的泵浦光从侧面对Nd:YAG棒[2]进行泵浦，利用起偏器[4]将自然光变为偏振光的原理、利用温控1064nm波长λ/4波片[7]产生位相延迟的原理将Q开关关闭，泵浦光转为反转粒子存储起来；利用加压式高压脉冲调Q电源[3]瞬时给LGS晶体[6]的两个电极施加工作电压，利用位相延迟的原理将Q开关打开。当Q开关打开时，积攒的大量反转粒子通过受激辐射瞬间转为1064nm波长的激光，由输出镜[5]输出的激光参数：
能量：常温400mJ，-40℃ 350mJ，+65℃ 390mJ
脉宽：10ns～15ns
工作频率：20Hz。
实施例2
如实施例1所述的硅酸镓电光晶体调Q激光器，不同之处在于，激光器中所有1064nm波长的光学元件改为1318nm波长的元件(如起偏器、波片等和光学元件的膜层)，输出镜[5]输出1318nm波长的重频脉冲电光调Q激光。

Claims (6)

1.一种硅酸镓电光晶体调Q激光器，包括激光泵浦源、谐振腔、Nd:YAG棒、LGS晶体组件、高压脉冲调Q电源，激光泵浦源设置于Nd:YAG棒的一侧，其特征在于，激光泵浦源为脉冲氙灯，谐振腔由全反镜和输出镜组成，谐振腔内依次设置有LGS晶体组件、Nd:YAG棒。
2.如权利要求1所述的硅酸镓电光晶体调Q激光器，其特征在于，所述的Nd:YAG棒的两个端面均镀有增透膜。
3.如权利要求1所述的硅酸镓电光晶体调Q激光器，其特征在于，所述的Nd:YAG棒的侧表面设置有螺纹。
4.如权利要求3所述的硅酸镓电光晶体调Q激光器，其特征在于，所述的螺纹的高度为Nd:YAG棒直径的0.02倍，螺纹的间距为Nd:YAG棒直径的0.131～0.196倍。
5.如权利要求1所述的硅酸镓电光晶体调Q激光器，其特征在于，所述的Nd:YAG棒与LGS晶体组件之间设置有温控λ/4波片。
6.如权利要求1所述的硅酸镓电光晶体调Q激光器，其特征在于，所述的LGS晶体组件与输出镜之间设置有起偏器。
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