CN2231453Y - 脉宽可调谐yag激光器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种毫微秒激光脉宽可连续调谐的YAG激光器，脉宽调谐由受激布里渊散射(SBS)双级相位共轭镜实现，其脉宽可以从2.5ns～20ns连续调谐。输出脉宽波形稳定，光束质量好，解决了以往获得毫微秒脉冲的调Q激光器加削波开关结构的造价高、调整复杂等缺点。本脉宽可调谐YAG激光器由偏振输出的染料片调Q的YAG振荡器，四分之一波片和SBS双级相位共轭镜组成，这种结构的脉宽调谐不改变激光输出方向，且调整简单，造价低。

Description

脉宽可调谐YAG激光器

本实用新型涉及一种新型毫微秒激光脉宽可调谐的YAG激光器，是对原YAG调Q振荡器和削波开关的改进和简化，发明了一种调谐脉宽的新结构。

目前在激光工程中，调谐毫微秒激光脉宽是通过改变普克尔盒削波器上的成型电缆的长度来实现的，不同的成型电缆长度对应不同的削波脉宽，然而换用成型电缆给使用带来不便；另外，采用削波开关获得短脉冲，是以牺牲激光能量为代价的，且普克尔盒及其驱动电源的造价较高，调整复杂。

本实用新型的目的在于克服上述削波开关调谐毫微秒脉冲宽度的不足，提供一种只要简单设备且调整简易的毫微秒脉冲宽度可连续调谐的YAG激光器。

本实用新型采用的技术解决方案：本脉宽可调谐YAG激光器的光学元件包括偏振输出的YAG染料片调Q振荡器、四分之一波片和受激布里渊散射(SBS)双级相位共轭镜，SBS双级相位共轭镜由SBS振荡池和放大池以及聚焦透镜组成。

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为脉宽可调谐YAG激光器的光路示意图，其中1为平面全反镜，2为染料片，3为偏振棱镜，4为YAG激光棒，5为小孔光栏，6为未镀膜平行平片，由1～6构成偏振输出的YAG染料片调Q振荡器，7为1.06微米波长的四分之一波片，8为SBS放大池，9为聚焦透镜，10为SBS振荡池，8～10构成SBS双级相位共轭镜。

结合图1说明其工作原理如下：YAG振荡器产生调Q线偏振脉冲，经7后成园偏振光，进入SBS双级相位共轭镜，产生的后向SBS脉冲经7后又变成线偏振光，但其偏振方向与原入射偏振光的偏振方向相互垂直，在其反馈进入振荡器后由3藕合输出。输出SBS激光脉宽受到三种机制的压缩：1.YAG振荡器输出调Q激光进入SBS振荡池，由于采用短焦透镜，后向SBS激光前沿变陡。2.后向SBS激光进入SBS放大池与入射脉冲碰撞，产生SBS放大，从而脉冲前沿得到放大，后沿由于能量被抽空而减弱，使得能量从后沿转移到前沿，起到压缩后沿的作用。由于放大池较长，为得到有效的放大，要求选用的介质对1.06微米波长的吸收尽可能的小，且有较高的增益。3.后向SBS散射激光反馈进入腔内，受到YAG激光介质的放大，考虑到SBS的阈值效应，SBS的产生有一定的延迟时间Δt，因而从调Q脉冲输出到后向SBS反馈到YAG介质端面的渡跃时间为Δt＋2L/C，(C为光速)，选定L值使渡跃时间约为谐振腔本身调Q脉宽的1.5倍，当SBS脉冲前沿反馈进入腔内时，此时振荡器调Q脉冲已处于下降后沿的一半左右，由于SBS反馈脉冲前沿已得到加强，且共轭镜的总体SBS转换效率比谐振腔输出平片的反射率大7倍左右，因而SBS反馈脉冲强度较此时腔内振荡激光强度大，从而YAG介质上能级粒子数被抽空，使振荡脉冲后沿减弱，也进一步压缩了后沿。至此存在两个参数可以改变脉冲压缩的效果：1.透镜9的焦点至放大池8的端面的距离L1。调Q脉冲经SBS放大池8进入SBS振荡池10，从SBS的产生到SBS脉冲前沿往后传输到达放大池端面的时间为L1/C，而此间调Q脉冲继续往前传输，当SBS进入放大池得到泵浦光的放大，从而开始对泵浦光抽空，由于光束的相向传输，有2L1/C的一段泵浦激光是不被SBS抽空的，从而使得双级SBS共轭镜产生的SBS脉冲头部有一定的宽度，并随L1的增大而变宽。2.透镜9的焦距至YAG介质表面的距离L，当SBS激光反馈进入腔内，到达YAG介质端面时，才开始抽空介质上能级粒子数，影响振荡器本身激光的输出，所以L的值决定脉冲后沿被进一步压缩的起始位置。

图1中若YAG染料片调Q振荡器的染料片透过率为t1，其输出脉宽为8ns，选取适当长度的放大池和L2，以及合适的SBS介质，L1从小至大变化，由偏振棱镜藕合输出的SBS激光脉冲波形稳定，其脉冲宽度可以从2.5～8ns连续可调，能量起伏为7％，光束发散角为3倍衍射限；换用染料片透过率为t2，振荡器输出脉宽为20ns，同样调谐L1，输出激光脉宽可以从6ns～20ns连续可调。

图2中，(a)～(d)为染料片透过率取t1，调Q脉宽为8ns以及取适当长度的放大池和L2时，L1分别取0.1米，0.3米，0.6米和1.2米时的输出激光脉冲波形，(e)为取走SBS放大池后的输出激光脉冲波形，(f)为振荡器调Q脉冲波形。

本实用新型结构简单，成本低，调整方便且改变SBS共轭镜的相对位置不会影响激光输出的方向，实现了脉宽在毫微秒内可连续调谐，能满足激光非线性光学方面的教学实验和科研的要求，也可以作为高功率激光器的振荡源，进行不同脉宽下的激光等离子体研究。

Claims (3)

1.一种毫微秒脉宽可调谐YAG激光器，由脉冲激光电源和YAG激光振荡器组成，其特征在于所述的YAG激光振荡器的光学元件由YAG染料片调Q振荡器1～6、四分之一波片7、受激布里渊散射(SBS)双级相位共轭镜8～10构成，且其光路走向为：振荡器输出的调Q脉冲经SBS双级相位共轭镜压缩脉宽后，再次通过四分之一波片，偏振方向转90°，反馈进入腔内由YAG介质再放大，由偏振棱镜藕合输出激光。

2.根据权利要求1所述的脉宽可调谐YAG激光器，其特征在于所述的SBS双级相位共轭镜由SBS振荡池10，短焦透镜9，SBS放大池8组成。SBS放大池靠近振荡器输出端；调谐脉宽的SBS双级相位共轭镜中SBS振荡池和SBS放大池之间的距离可调。

3.根据权利要求1所述的脉宽可调谐YAG激光器，其特征在于所述的激光藕合输出，是由四分之一波片7和偏振棱镜3实现的，且偏振棱镜位于振荡器全反镜一端。

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