CN205265032U - 一种提高被动调q脉冲时间稳定性的装置 - Google Patents

一种提高被动调q脉冲时间稳定性的装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，利用两个泵浦源产生两束泵浦激光，两束泵浦激光在各自的谐振腔形成振荡产生两束线偏振光，第一束线偏振光照射于饱和吸收体上，第二束线偏振光沿与第一束线偏振光重合的路径照射于饱和吸收体上，利用第一束线偏振光的漂白，使得第二束线偏振光透过饱和吸收体时的损耗急剧减小，降低了第二束线偏振光的抖动，提高了被动调Q输出脉冲的时间稳定性。本实用新型的装置，两泵浦源产生的激光在各自谐振腔形成两束线偏振光，一束线偏振光用于漂白，使得第二束线偏振光的损耗急剧减小，增益与损耗的差值变大，因此提高了脉冲的时间稳定性，保证了利用激光测量的准确性，有利于减小测量误差。

Description

一种提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置
技术领域
本实用新型涉及一种提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，属于激光技术领域。
背景技术
自1960年第一台激光器问世以来，激光产业飞速发展，已广泛的应用于医疗、遥感探测、科研、激光通讯、热加工和军事等领域。同时，伴随着激光的广泛应用，人们对其各种参数的要求也越来越高，如平均功率、峰值功率、脉冲宽度、效率和性价比等。
调Q技术作为一种获得高峰值功率激光的技术，使得激光在测距、高速照相、雷达、加工和强光光学等领域都有着不俗的表现。调Q技术分为两大类，主动调Q技术和被动调Q技术。相对于主动调Q技术，被动调Q技术具有无需外部驱动、体积小、成本低、易于应用的优点。但是被动调Q技术也有自身的缺点，最主要的就是脉冲的时间稳定性不高。但是在许多实际应用中，脉冲的时间稳定性却是一个比较重要的物理量。特别是在激光测量领域，脉冲的稳定性可以很好提高测量的准确性，减小误差。如果能有一种提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，用来降低被动调Q脉冲的时间抖动，将更有利于被动调Q激光的应用。
发明内容
本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特别之处在于：包括两泵浦源、两输入镜、两固体激光介质、布鲁斯特片、饱和吸收体和输出镜，一输入镜、一固体激光介质、布鲁斯特片、饱和吸收体、输出镜形成第一谐振腔，另一输入镜、另一固体激光介质、布鲁斯特片、饱和吸收体、输出镜形成第二谐振腔；两泵浦源产生两束泵浦激光，两束泵浦激光分别在第一谐振腔、第二谐振腔中形成第一束线偏振光、第二束线偏振光；
两固体激光介质的布置位置应满足：第二束线偏振光的偏振方向与第一束线偏振光的偏振方向垂直，第二束线偏振光透过布鲁斯特片后的传播路径与第一束线偏振光经布鲁斯特片反射后的传播路径重合，以实现第一束线偏振光与第二束线偏振光的合束；利用第一束线偏振光的漂白，使得第二束线偏振光透过饱和吸收体时的损耗急剧减小，第二束线偏振光在谐振腔内的增益与损耗差值变大，因此降低了第二束线偏振光的抖动，提高了被动调Q输出脉冲的时间稳定性。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，所述两泵浦源为第一泵浦源和第二泵浦源，两输入镜为第一输入镜和第二输入镜，两固体激光介质为第一固体激光介质和第二固体激光介质，第一泵浦源产生的泵浦激光经第一光学耦合系统后进入第一谐振腔，第二泵浦源产生的泵浦激光经第二光学耦合系统后进入第二谐振腔；
所述第一泵浦源和第二泵浦源均产生波长为808nm的泵浦激光，泵浦激光被第一固体激光介质吸收后，在第一谐振腔中形成波长为1064nm的第一束线偏振光，泵浦激光被第二固体激光介质吸收后，在第二谐振腔中形成波长为1047nm的第二束线偏振光；第一输入镜上镀有808nm波长激光的高透膜和1064nm波长激光的高反膜，第一固体激光介质的两个通光面上均镀有808nm和1064nm波长激光的增透膜；第二输入镜上镀有808nm波长激光的高透膜和1047nm激光的高反膜，第二固体激光介质的两个通光面上均镀有808nm和1047nm波长激光的高透膜。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，所述第一固体激光介质为Nd：YVO4、Nd：YAG或Nd:GdVO4激光晶体，第二固体激光介质为Nd：YLF激光晶体，激光晶体的掺杂离子的浓度介于0.05-at.%～50-at.%之间，激光晶体的长度为0.5mm至100mm之间。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，所述布鲁斯特片对水平偏振的光高透、对竖直偏振的光高反。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，所述饱和吸收体为Cr4+:YAG或石墨烯，饱和吸收体的小信号透过率为10%至90%，长度为0.5mm至100mm。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，所述的输入镜和输出镜为平面透镜或凹面透镜，所述泵浦源为半导体激光器，泵浦源的泵浦方式为端面泵浦。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，所述输出镜对1047nm和1064nm波长激光的透过率分别为18%和20%。
本实用新型的有益效果是：本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，两泵浦源产生的激光分别经两固体激光介质后，形成两束线偏振光，一束线偏振光照射于饱和吸收体上实现对其漂白作用，使得第二束线偏振光透过饱和吸收体时的损耗急剧减小，第二束线偏振光在谐振腔内的增益与损耗差值变大，因此降低了第二束线偏振光的抖动，提高了被动调Q输出脉冲的时间稳定性，保证了利用激光测量的准确性，有利于减小测量误差。
本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置的优点体现在：
（1）脉冲时间稳定性得到提高，经过一束激光的漂白后，另一束激光的时间抖动被改善，时间抖动被降低了一个数量级。
（2）易于漂白，利用饱和吸收体腔内的高功率密度，更容易实现对饱和吸收体的漂白。
（3）成本低，本实用新型的降低被动调Q时间抖动的装置，其核心为输入镜、固体激光介质、布鲁斯特片、饱和吸收体和输出镜，无论是输入镜、输出镜还是晶体材料都已经发展成熟，目前在市场上很容易进行购买。
附图说明
图1为本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性装置的原理图。
图2为本实用新型中未经漂白的被动调Q脉冲装置所产生的激光脉冲的时间抖动分布图；
图3为本实用新型中漂白开启后的被动调Q脉冲装置所产生的激光脉冲的时间抖动分布图。
图中：1第一泵浦源，2第二泵浦源，3第一光学耦合系统，4第二光学耦合系统，5第一输入镜，6第二输入镜，7第一固体激光介质，8第二固体激光介质，9布鲁斯特片，10饱和吸收体，11输出镜。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，给出了本实用新型的提高被动调Q脉冲时间稳定性装置的原理图，其由第一泵浦源1、第二泵浦源2、第一光学耦合系统3、第二光学耦合系统4、第一输入镜5、第二输入镜6、第一固体激光介质7、第二固体激光介质8、布鲁斯特片9、饱和吸收体10以及输出镜11组成，所示的第一泵浦源1和第二泵浦源2采用产生808nm波长激光的光纤耦合激光器，第一泵浦源1产生的泵浦激光经第一光学耦合系统3和第一输入镜5后，照射于第一固体激光介质7上。第二泵浦源2产生的泵浦激光经第二光学耦合系统4后，照射于第二固体激光介质8上。
第一输入镜5、第一固体激光介质7、布鲁斯特片9、饱和吸收体10和输出镜11之间形成第一谐振腔，第二输入镜6、第二固体激光介质8、布鲁斯特片9、饱和吸收体10和输出镜11之间形成第二谐振腔，两泵浦源产生的泵浦激光经第一谐振腔、第二谐振腔分别形成第一束线偏振光和第二束线偏振光。第一束线偏振光经布鲁斯特片的反射后对饱和吸收体10漂白。利用第一束线偏振光对饱和吸收体10的漂白作用，使得第二束线偏振光透过饱和吸收体时的损耗急剧减小，第二束线偏振光在谐振腔内的增益与损耗差值变大，因此降低了第二束线偏振光的抖动，提高了被动调Q输出脉冲的时间稳定性。
作为具体的例子，第一固体激光介质7为Nd：YVO4晶体，晶体两端都镀有对808nm和1064nm波长激光的增透膜。受第一泵浦源1产生的激光泵浦后，在第一输入镜5和输出镜11之间的第一谐振腔内形成1064nm波长的第一束线偏振光，第一输入镜5和输出镜11都为平镜。第一输入镜5上镀有对808nm波长激光的高透膜以及1064nm波长激光的高反膜。输出镜11镀有对1064nm激光的部分透过率，透过率为20%。
第二固体激光介质8为Nd：YLF晶体，晶体两端都镀有对808nm和1047nm波长激光的增透膜。受第二泵浦源2产生的激光泵浦后，在第二输入镜6和输出镜11之间的第二谐振腔内形成1047nm波长的第二束线偏振光，第二输入镜6和输出镜11都为平镜。第二输入镜6上镀有对808nm波长激光的高透膜以及1047nm波长激光的高反膜。输出镜11镀有对1047nm的部分透过率，透过率为18%。
在第一谐振腔中，由于布鲁斯特片9对竖直偏振的光高反，因此形成沿竖直方向偏振的第一束线偏振光，第一束线偏振光照射于饱和吸收体10上，实现对饱和吸收体的漂白。在第二谐振腔中，由于布鲁斯特片9对水平偏振的光高透，形成沿水平方向振动的第二束线偏振光。
第一固体激光介质7Nd：YVO4和第二固体激光介质8Nd：YLF的安装位置应满足：反射形成的1064nm波长的第一束线偏振光的偏振方向与1047nm波长的第二束线偏振光的偏振方向互相垂直，第一束线偏振光以布鲁斯特角入射于布鲁斯特片9上，反射后照射于饱和吸收体10上，实现对饱和吸收体10的漂白。饱和吸收体10为Cr4+：YAG饱和吸收体，小信号透过率为20%。
透过布鲁斯特片9的波长为1047nm的第二束线偏振光的传播路径与第一束线偏振光的传播路径重合，以实现两束线偏振光的空间重合。由于1064nm波长的第一束线偏振光对饱和吸收体10的漂白作用，使得1047nm波长的第二束线偏振光损耗急剧减小，增益与损耗之间的差值较大，因此降低了1047nm波长的第二束线偏振光的抖动，提高了脉冲的时间稳定性。
图2给出了本实用新型中未经漂白的被动调Q脉冲装置所产生的激光脉冲的时间抖动分布图，此时起漂白作用的第一固体激光介质Nd：YVO4未打开，横坐标为时间，一个方格的宽度为1μs，纵坐标为脉冲数量。图3给出了本实用新型中漂白开启后的被动调Q脉冲装置所产生的激光脉冲的时间抖动分布图，此时起漂白作用的第一固体激光介质Nd：YVO4被打开，横坐标为时间，一个方格的宽度为200ns。对比图2和图3可知，未经漂白的被动调Q脉冲峰值的时间分布在1μs左右，本实用新型改善后被动调Q脉冲峰值的时间分布在30ns左右，由此可见本实用新型的被动调Q脉冲装置所产生的激光脉冲时间稳定性更好，大大提高了被动调Q的脉冲稳定性使得被动调Q可以更好的应用于激光测量领域和激光的非线性转换。

Claims (7)

1.一种提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：包括两泵浦源、两输入镜、两固体激光介质、布鲁斯特片（9）、饱和吸收体（10）和输出镜（11），一输入镜、一固体激光介质、布鲁斯特片、饱和吸收体、输出镜形成第一谐振腔，另一输入镜、另一固体激光介质、布鲁斯特片、饱和吸收体、输出镜形成第二谐振腔；两泵浦源产生两束泵浦激光，两束泵浦激光分别在第一谐振腔、第二谐振腔中形成第一束线偏振光、第二束线偏振光；
两固体激光介质的布置位置应满足：第二束线偏振光的偏振方向与第一束线偏振光的偏振方向垂直，第二束线偏振光透过布鲁斯特片后的传播路径与第一束线偏振光经布鲁斯特片反射后的传播路径重合，以实现第一束线偏振光与第二束线偏振光的合束；利用第一束线偏振光的漂白，使得第二束线偏振光透过饱和吸收体时的损耗急剧减小，第二束线偏振光在谐振腔内的增益与损耗差值变大，因此降低了第二束线偏振光的抖动，提高了被动调Q输出脉冲的时间稳定性。
2.根据权利要求1所述的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：所述两泵浦源为第一泵浦源（1）和第二泵浦源（2），两输入镜为第一输入镜（5）和第二输入镜（6），两固体激光介质为第一固体激光介质（7）和第二固体激光介质（8），第一泵浦源产生的泵浦激光经第一光学耦合系统（3）后进入第一谐振腔，第二泵浦源产生的泵浦激光经第二光学耦合系统后进入第二谐振腔；
所述第一泵浦源和第二泵浦源均产生波长为808nm的泵浦激光，泵浦激光被第一固体激光介质吸收后，在第一谐振腔中形成波长为1064nm的第一束线偏振光，泵浦激光被第二固体激光介质吸收后，在第二谐振腔中形成波长为1047nm的第二束线偏振光；第一输入镜上镀有808nm波长激光的高透膜和1064nm波长激光的高反膜，第一固体激光介质的两个通光面上均镀有808nm和1064nm波长激光的增透膜；第二输入镜上镀有808nm波长激光的高透膜和1047nm激光的高反膜，第二固体激光介质的两个通光面上均镀有808nm和1047nm波长激光的高透膜。
3.根据权利要求2所述的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：所述第一固体激光介质为Nd：YVO4、Nd：YAG或Nd:GdVO4激光晶体，第二固体激光介质为Nd：YLF激光晶体，激光晶体的掺杂离子的浓度介于0.05-at.%～50-at.%之间，激光晶体的长度为0.5mm至100mm之间。
4.根据权利要求2或3所述的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：所述布鲁斯特片（9）对水平偏振的光高透、对竖直偏振的光高反。
5.根据权利要求2或3所述的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：所述饱和吸收体（10）为Cr4+:YAG或石墨烯，饱和吸收体的小信号透过率为10%至90%，长度为0.5mm至100mm。
6.根据权利要求2或3所述的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：所述的输入镜和输出镜（11）为平面透镜或凹面透镜，所述泵浦源为半导体激光器，泵浦源的泵浦方式为端面泵浦。
7.根据权利要求3所述的提高被动调Q脉冲时间稳定性的装置，其特征在于：所述输出镜（11）对1047nm和1064nm波长激光的透过率分别为18%和20%。
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