CN208522245U - 固定脉宽腔内倍频绿光激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种固定脉宽腔内倍频绿光激光器，包括第一激光器的后反射镜、第二激光器的后反射镜、平凸透镜以及第一声光Q开关、第一激光腔镜、第二激光腔镜、激光晶体、第二声光Q开关、偏振片、倍频晶体，所述第一激光器的后反射镜放置在电动平移台上，通过改变第一激光器的后反射镜的位置来改变激光腔的长度；所述第一激光器的后反射镜、第二激光器的后反射镜之间依次设置有平凸透镜、第一声光Q开关、第二激光腔镜、激光晶体、第一激光腔镜、第二声光Q开关、偏振片、倍频晶体。本实用新型可以通过改变腔长来实现不同频率的脉宽恒定，效果较好，便于在产业上推广和应用。

Description

固定脉宽腔内倍频绿光激光器

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，特别是涉及一种固定脉宽腔内倍频绿光激光器。

背景技术

固体激光器具有出光频率快，峰值功率高，出光状态稳定的优点，因此广泛应用到测距、跟踪、制导、打孔、切割和焊接、半导体材料退火、电子器件微加工、大气监测、光谱研究、外科和眼科手术、脉冲全息照相等多个方面。固体激光器的脉宽通常随着泵浦功率、调Q频率、腔长的改变而发生变化。对于没有进行MOPA的固体激光器，如果让出光的脉宽保持不变，通常可以将所有激光器的参数都记录下来，通过控制泵浦功率、出光频率来使得激光的脉宽保持一致的，但是通常这种情况需要向最差的情况看齐，即是以泵浦功率最高，出光频率最高的时候的脉宽为基准，当出光频率下降的时候，需要降低泵浦光的功率，这样在低重频低泵浦功率下激光脉宽和高重频高泵浦功率下的脉宽近似一致。但是这样做最大的问题就是在低重频下的泵浦功率较低，出光能量较低，这样变的没有意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是提供一种固定脉宽腔内倍频绿光激光器。

为实现本实用新型的目的，本实用新型提供了一种固定脉宽腔内倍频绿光激光器，包括第一激光器的后反射镜A1、第二激光器的后反射镜A2、平凸透镜B以及第一声光Q开关C、第一激光腔镜D1、第二激光腔镜D2、激光晶体E、第二声光Q开关F、偏振片N、倍频晶体M，

所述第一激光器的后反射镜A1放置在电动平移台G上，通过改变第一激光器的后反射镜A1的位置来改变激光腔的长度；所述第一激光器的后反射镜A1、第二激光器的后反射镜A2之间依次设置有平凸透镜B、第一声光Q开关C、第二激光腔镜D2、激光晶体E、第一激光腔镜D1、第二声光Q开关F、偏振片N、倍频晶体M。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为，本申请可以通过改变腔长来实现不同频率的脉宽恒定，在一定的频率范围内能够保证脉宽的不变性，同时无论是在低重频下和高重频下都能够使用最高的泵浦功率，无论是在低重频还是高重频都能够实现最高的能量输出。

附图说明

图1所示为本申请的结构示意图；

图中，A1-第一激光器的后反射镜，A2-第二激光器的后反射镜，B-平凸透镜，C-第一声光Q开关，D1-第一激光腔镜，D2-第二激光腔镜，E-激光晶体，F-第二声光Q开关,N-偏振片，M-倍频晶体，H-绿光反射镜，I-分束镜，K-功率监控装置，G-电动平移台，K-光电探头，J-伺服电机驱动器，Q-声光Q开关驱动，L-脉宽监控装置，U-MCU控制板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，本实用新型提供了一种固定脉宽腔内倍频绿光激光器，包括第一激光器的后反射镜A1、第二激光器的后反射镜A2、平凸透镜B以及第一声光Q开关C、第一激光腔镜D1、第二激光腔镜D2、激光晶体E、第二声光Q开关F、偏振片N、倍频晶体M，

其中(A1)BC(D1)(D2)EFNM(A2)表示为腔内倍频绿光激光器的腔体组成。在本设计中A1A2为激光器中的反射镜，基频光在激光器腔体内由第一激光器的后反射镜A1经BC(D1)(D2)EFN到M进行传播，当基频光经过M后，由于M是倍频晶体，基频光部分变频成倍频光，基频光和倍频光向A2进行传播并反射回来，当反射光再次通过M后，部分基频光再次变频成倍频光，这里使用的II类相位匹配，所以基频光和倍频光的偏振方向垂直，当通过N后，基频光损耗很小的通过，而倍频光就被N反射弹出激光谐振腔。基频光返回到腔体内再由D2到A1再次通过增益晶体继续放大。其中出射的倍频光通过H反射镜控制其出光方向，输出的激光经过I部分反射进行到K进行测量，大部分透过I进行传播。其中(D1)E，(D2)E之间距离，(D1)A1，(D2)(A2)，AB之间的距离根据激光腔体设计要求进行确定，通常(D1)E，(D2)E之间距离要小于(D1)A1，(D2)(A2)之间的距离，AB之间的距离没有明确要求，通常距离越短能够泵浦的功率就越高。A2到N之间的距离通常控制在激光的瑞利范围即可。C在腔体内的位置没有明确要求，通常放置在激光光束直径小于声光晶体作用区域即可。A1放置于G上，G的长度主要是由激光器设计决定的，如果需要更高的频率范围内来实现脉宽一致，则长度加长，但是相应机加难度增加。其余部分的位置没有明确要求。

所述第一激光器的后反射镜A1放置在电动平移台G上，通过改变第一激光器的后反射镜A1的位置来改变激光腔的长度；所述第一激光器的后反射镜A1、第二激光器的后反射镜A2之间依次设置有平凸透镜B、第一声光Q开关C、第二激光腔镜D2、激光晶体E、第一激光腔镜D1、第二声光Q开关F、偏振片N、倍频晶体M。

其中，还包括伺服电机驱动器J，所述伺服电机驱动器J与MCU控制板U通信连接，所述伺服电机驱动器J控制电动平移台G的伺服电机。

其中，还包括MCU控制板U、声光Q开关驱动Q以及脉宽监控装置L、绿光反射镜H、分束镜I、光电探头K，所述绿光反射镜H将激光向分束镜I进行传播，光电探头K通过接收分束镜I传播的光，用于测试激光器的脉宽，同时将测得数据实时反馈给脉宽监控装置L，所述MCU控制板U与所述脉宽监控装置L、声光Q开关驱动Q通信连接，所述声光Q开关驱动Q与第一声光Q开关C、第二声光Q开关F控制连接。

需要说明的是，本申请中的第一激光腔镜D1、第二激光腔镜D2为平平反射镜或者平凸反射镜，由于泵浦功率比较高，所以为了补充高功率泵浦的热效应，所以使用平凸反射镜。整个激光器的腔长两个镜片A1、A2之间的长度决定，其中A1放置到电动平移台G上，通过改变A1的位置来改变激光腔的长度，从而改变脉宽。B为凸透镜，B的主要作用在于改变激光器工作的稳区范围，当放置B的时候能够将激光器工作的第一稳区移动到短焦的范围内，这样能够在有限的腔长上泵浦更高的泵浦功率。E是相应的激光工作晶体，通常了实现高工作效率的时候选用钒酸钇晶体，为了实现良好的倍频效率和加工效果，选取端泵泵浦的方式。C，F为声光Q晶体，主要就用来实现高重频的激光输出，M为倍频晶体，设置在激光腔体内，通常可以选择LBO，KDP等晶体，为了考虑工业客户使用，通常选择防潮能力最好的LBO为工作晶体，N为偏振片，主要功能为让基频光透过，让倍频光反射出激光腔。H为绿光反射镜，主要控制出光方向。

整个激光器为了实现高泵浦功率可以采用双端泵设计方案，同时为了实现在高泵浦条件下，不同频率的脉宽恒定，可以通过改变腔长来实现。在相同的泵浦功率下，不同的工作频率，在上能级上积累的能量就不同，根据激光速率方程，当能量积累少的时候相应脉宽就宽，当能量积累多的时候相应脉宽就窄。所以当低重频时候，A1在G的最远端，即光学腔最长的时候，这时候光学增益最大而光程最长，当高重频时候A1在G的最近端，即光学腔最短的时候，光学增益最小而光程最短，当频率升高后，相应晶体的增益就减小了，同时脉宽和增益成反比，和腔长成正比，所以两个反向操作可以保证激光脉宽在低功率高重频和高功率低重频时候近似一致。其中B的主要作用就是在A1移动的过程中能够使热焦距处于稳区的中间，这样能够使出激光相对于热和机械的稳定性最优，能够将A1由于机械误差对激光产生的干扰降至最小。G的长度是有限的，通常按照稳区的考虑，通常在工业品激光器的设计当中，脉冲在50kHz～100kHz内脉宽不变基本就能满足相应的应用要求。

G为相应的电动平移台，而J为相应后台的驱动电机驱动器，其中G的动作步骤由MCU控制板的内部程序进行控制。

上述方案基本实现粗调脉宽方案，精细调节脉宽可以通过调节Q的开关时间来实现。从H反射后的激光向I进行传播，I为分束镜，其中大部分透射过去，有部分光反射进入光电探头K，光电探头K主要用于测试激光器的脉宽，同时将测得数据实时反馈给监控装置L，监控装置L和MCU控制板相互通信，利用FPGA的高速特性编译MCU板U中的软件程序，这样便可以控制MCU板的逻辑动作过程。当接受到L中信号后，MCU板中的程序对实时测量结果进行判断，当脉宽超出一定的范围时候，MCU板向Q发出储能宽度调节命令，通过调节激光器的品质因数来实现对激光器的脉宽的控制。

这样通过闭环反馈控制能够精准的控制激光器的脉宽，从而达到高的出光精度要求。

其中由于设计的是高功率端面泵浦绿光激光器，当增益泵浦高的时候容易产生漏光现象，或者当腔长比较短的时候不容易锁住光，主要原因是由于声光Q开光的工作原理是利用光栅衍射作用，而在衍射作用下具有一定的衍射效率，虽然好的声光Q驱动的衍射效率能达到90％以上，但仍然有部分光按照原路进行传播，当激光腔内的增益过高的时候，即使很弱的光也会形成激光。所以为了关断激光器，不产生连续绿光背地，使用两个声光Q驱动进行关断设计，其中C为主要调Q声光开关，即是在正常工作的时候实现调Q的动作，而F为辅助声光Q开关，在C正常工作的时候，F没有射频功率，这样F相当于透明晶体，调Q工作由C来完成，而当激光器关断的时候单纯C关断不了激光器，所以同时F也增加射频功率进行工作，这样两个声光晶体同时工作就能够达到激光腔的关断效应。

通过优化设计能够实现工业级的脉宽固定的端面泵浦绿光激光器。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种固定脉宽腔内倍频绿光激光器，其特征在于，包括第一激光器的后反射镜(A1)、第二激光器的后反射镜(A2)、平凸透镜(B)以及第一声光Q开关(C)、第一激光腔镜(D1)、第二激光腔镜(D2)、激光晶体(E)、第二声光Q开关(F)、偏振片(N)、倍频晶体(M)，

所述第一激光器的后反射镜(A1)放置在电动平移台(G)上，通过改变第一激光器的后反射镜(A1)的位置来改变激光腔的长度；所述第一激光器的后反射镜(A1)、第二激光器的后反射镜(A2)之间依次设置有平凸透镜(B)、第一声光Q开关(C)、第二激光腔镜(D2)、激光晶体(E)、第一激光腔镜(D1)、第二声光Q开关(F)、偏振片(N)、倍频晶体(M)。

2.根据权利要求1所述的固定脉宽腔内倍频绿光激光器，其特征在于，还包括伺服电机驱动器(J)，所述伺服电机驱动器(J)与MCU控制板(U)通信连接，所述伺服电机驱动器(J)控制电动平移台(G)的伺服电机。

3.根据权利要求1所述的固定脉宽腔内倍频绿光激光器，其特征在于，还包括MCU控制板(U)、声光Q开关驱动(Q)以及脉宽监控装置(L)、绿光反射镜(H)、分束镜(I)、光电探头(K)，所述绿光反射镜(H)将激光向分束镜(I)进行传播，光电探头(K)通过接收分束镜(I)传播的光，用于测试激光器的脉宽，同时将测得数据实时反馈给脉宽监控装置(L)，所述MCU控制板(U)与所述脉宽监控装置(L)、声光Q开关驱动(Q)通信连接，所述声光Q开关驱动(Q)与第一声光Q开关(C)、第二声光Q开关(F)控制连接。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的固定脉宽腔内倍频绿光激光器，其特征在于，所述第一激光腔镜(D1)和第二激光腔镜(D2)为平凸反射镜或平平反射镜。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的固定脉宽腔内倍频绿光激光器，其特征在于，激光晶体(E)为钒酸钇晶体。