專利名稱:在一個聲光器件中同時實現(xiàn)激光調(diào)q鎖模的方法及行——駐波雙功能聲光器件的制作方法
本發(fā)明屬于激光器類。
連續(xù)NdyAG調(diào)Q/鎖模激光器是產(chǎn)生較高峰值功率的微微秒(10-12秒)超短激光脈沖的重要方法。由于該激光器具有較高的穩(wěn)定性和脈沖重復(fù)率高、壽命長等優(yōu)點，因而成為當(dāng)前瞬態(tài)光譜學(xué)、激光化學(xué)、激光生物學(xué)等領(lǐng)域的重要研究工具，同時還可直接應(yīng)用于激光醫(yī)療和光導(dǎo)纖維測試等。但是由于這種激光器腔內(nèi)插入件多，僅聲光器件就有四個反射面和二個吸收體，所以腔內(nèi)損耗大，使該激光器輸出的超短光脈沖序列的平均功率一般都比較低。因此，提高這種激光器的平均功率和擴大其應(yīng)用范圍，是當(dāng)前國內(nèi)外研究的發(fā)展趨勢。
現(xiàn)有的單功能聲光器件分別為Q開關(guān)聲光器件和鎖模聲光調(diào)制器，只能在每一個介質(zhì)中建立一維超聲場，即Q開關(guān)聲光器件在一個聲光介質(zhì)內(nèi)建立一維行波場，鎖模聲光調(diào)制器在另一個聲光介質(zhì)內(nèi)建立一維駐波場。當(dāng)這二種聲光器件分別插入激光腔內(nèi)不同位置并滿足各自不同的入射條件時，才能實現(xiàn)同時調(diào)Q鎖模運轉(zhuǎn)。目前國外制造連續(xù)NdyAG調(diào)Q/鎖模激光器的主要公司是美國的Spectra-Physics公司和Quantronix公司，他們均采用在激光諧振腔內(nèi)同時插入兩個單功能聲光器件，即行波聲光Q開關(guān)和駐波聲光鎖模調(diào)制器，來達到同時調(diào)Q/鎖模運轉(zhuǎn)的目的。這種聲光器件由于材料昂貴，工藝復(fù)雜、難度大，成品率不高，因而價格較高，每只聲光器件折合人民幣5000元以上。
本發(fā)明的目的在于減少激光腔內(nèi)插入件損耗，提高連續(xù)NdyAG調(diào)Q/鎖模激光器的輸出功率，降低激光器的成本。
本發(fā)明的內(nèi)容是1.在同一介質(zhì)中建立行波和駐波二維超聲場?？梢栽诼暪饨橘|(zhì)的X方向(見圖1)建立行波超聲場，在與X方向正交的y方向建立駐波超聲場。光線可以沿著分別與行波波面和駐波波面形成布喇格角(Bragg)的方向入射，在X和y二個方向產(chǎn)生布喇格衍射，在激光器中同時起調(diào)Q與鎖模的作用。
2.用于激光調(diào)Q鎖模方法的行-駐波雙功能聲光器件。該聲光器件是由聲光介質(zhì)、駐波換能器、行波換能器、吸聲材料、高頻插座組成，高頻插座裝在聲光器件二側(cè)，行波換能器與駐波換能器的射頻驅(qū)動信號分別通過高頻插座輸入，聲光器件的匹配網(wǎng)絡(luò)采用金屬隔離屏蔽，該匹配網(wǎng)絡(luò)可以由微調(diào)電容器、環(huán)形鐵芯電感組成且與行波換能器和駐波換能器的引出線相連。在位于駐波換能器對面的底座上還有一個空氣隙。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.由于用了一個雙功能聲光器件代替通常的兩個單功能聲光器件，使連續(xù)NdyAG調(diào)Q/鎖模激光器的腔內(nèi)總的插入光損耗減少約30%，從而使這類激光器的輸出功率大幅度提高，大大擴展了其應(yīng)用范圍。
2.本發(fā)明由于只采用一個聲光器件，因此使激光器的制造成本大大降低。
及發(fā)明實例圖1為二維聲光器件示意圖。
圖2為二維聲光器件作用原理圖。
圖3為二維聲光器件結(jié)構(gòu)圖。
(1)為石英玻璃(融凝石英)聲光介質(zhì)，該聲光介質(zhì)與Z軸正交的兩個平面為通光面，在介質(zhì)的兩個相互垂直的側(cè)面粘結(jié)或銦焊著駐波換能器(2)和行波換能器(3)。換能器是兩片極化方向相反的36°Y切LN晶片，在其背面的電極需傾斜一個布喇格角。與行波換能器(3)相對的介質(zhì)面有一個傾斜倒角
，并涂有一層適當(dāng)厚度的鉛橡膠吸聲材料(4);與駐波換能器(2)相對的介質(zhì)面是一個平行度與平整度均較好的表面，并在與其粘結(jié)的金屬底座上開一空氣隙槽(9)，這樣有利于駐波超聲場的形成。
當(dāng)入射光沿圖2中A、B兩平面的交線入射時，若聲光作用長度L大于特微長度，將會分別在xozyoz平面上同時產(chǎn)生具有較高衍射效率的布喇格衍射。入射光可以通過聲光器件的固定小平臺進行方位和俯仰角微調(diào)，以達到α＝ψ＝θB(布喇格角)。調(diào)整激光器的物理腔長α，使其與駐波調(diào)制頻率f滿足鎖模條件f＝ (C)/(2α) ，同時用一個500HZ-10KHZ的方法調(diào)制行波的射頻電信號，則激光器同時滿足鎖模和調(diào)Q條件，實現(xiàn)調(diào)Q/鎖模運轉(zhuǎn)。
在聲光器件二側(cè)裝有高頻插座(5)，在同軸電纜與二個換能器之間設(shè)置有阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，匹配網(wǎng)絡(luò)由微調(diào)電容(6)、環(huán)形鐵芯電感(7)組成，該網(wǎng)絡(luò)與行波換能器和駐波換能器的引出線(10)相連。為了防止兩個頻射電源的交叉耦合調(diào)制干擾而導(dǎo)致兩個超聲場的交又干擾，分別在兩組匹配網(wǎng)絡(luò)上加金屬屏蔽罩，金屬屏蔽罩由屏蔽擋板(11)和冂形薄金屬蓋板(12)組成。
圖4為行-駐波雙功能聲光器件對He-Ne激光的二維衍射光斑圖。
其中a為O級光斑;b為行波場一級布喇格衍射光斑;C為駐波場一級布喇格衍射光斑;d為b光束受駐波場衍射的光斑與C光束受行波場衍射的光斑相疊加。由于實際用的是O級光調(diào)Q和鎖模調(diào)制，所以b、C光束的進一步衍射不會對調(diào)Q、鎖模造成干擾。行波場與駐波場的衍射效率均可大于50%，完全滿足穩(wěn)定調(diào)Q鎖模的要求。
使用一臺連續(xù)泵浦的NdyAG激光器，腔長650mm，平凸墊穩(wěn)腔，yAG棒φ5×80，質(zhì)量中等，在沒有插入聲光器件時，其輸入的閾值功率為1000瓦，當(dāng)增大輸入泵浦功率時可獲得最大的連續(xù)TEMoo模激光輸出14瓦。若插入一個雙功能聲光器件，其閾值為1680瓦，可獲得最大TEMoo模激光輸出約為5瓦，當(dāng)同時插入兩個相同聲光介質(zhì)的單功能聲光器件時，閾值提高到2380瓦，最大的TEMoo模激光輸出小于1瓦?？梢姴捎秒p功能聲光器件將大大提高連續(xù)NdyAG調(diào)Q/鎖模激光器的輸出特性。
權(quán)利要求
1.一種在一個聲光器件中同時實現(xiàn)激光調(diào)Q鎖模的方法，其特征在于在同一個介質(zhì)中建立行波和駐波二維超聲場。
2.一種如權(quán)利要求
1所述的在一個聲光器件中同時實現(xiàn)激光調(diào)Q鎖模的方法，其特征在于在聲光介質(zhì)的一個方向(X)建立行波超聲場，在與(X)方向正交的另一個方向(y)建立駐波超聲場，當(dāng)光線沿著分別與行波和駐波波面成布喇格角(Bragg)的方向入射時，在x、y二個方向產(chǎn)生布喇格衍射。
3.一種用于權(quán)利要求
1所述激光調(diào)Q鎖模方法的行-駐波雙功能聲光器件，其特征在于該聲光器件包括聲光介質(zhì)(1)、駐波換能器(2)、行波換能器(3)、吸聲材料(4)，在該聲光器件二側(cè)還裝有高頻插座(5)，行波換能器(3)與駐波換能器(2)的射頻驅(qū)動信號分別通過高頻插座(5)輸入，該聲光器件的匹配網(wǎng)絡(luò)采用金屬隔離屏蔽。
4.一種如權(quán)利要求
3所述的聲光器件，其特征在于所說的匹配網(wǎng)絡(luò)是由微調(diào)電容(6)、環(huán)形鐵芯電感(7)組成，行波換能器(3)與駐波換能器(2)的引出線(10)與匹配網(wǎng)絡(luò)相連。
5.一種如權(quán)利要求
4所述的聲光器件，其特征在于位于駐波換能器(2)對面的底座(8)上有一個空氣隙槽(9)。
專利摘要
在一個聲光器件中同時實現(xiàn)激光調(diào)Q鎖模的方法及用于該方法的行——駐波雙功能聲光器件。該方法是在同一個介質(zhì)中建立行波和駐波二維超聲場，當(dāng)光線沿著分別與行波和駐波波面成布喇格角的方向入射時，在二個方向產(chǎn)生布喇格衍射，在激光器中同時起調(diào)Q和鎖模作用。該聲光器件由聲光介質(zhì)、駐波換能器、行波換能器、吸聲材料匹配網(wǎng)絡(luò)和高頻插座組成。本發(fā)明可提高連續(xù)Nd:YAG調(diào)Q/鎖模激光器的輸出功率，降低制造成本，擴展應(yīng)用范圍。
文檔編號G02F1/01GK86104747SQ86104747
公開日1988年7月27日 申請日期1986年7月15日
發(fā)明者黃國標(biāo), 王箭, 陳文友, 董沙雷 申請人:華中工學(xué)院, 電子工業(yè)部第二十六研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan