專利名稱：一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調q輸出的激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于全固態(tài)激光技術領域，特別涉及一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒電光調Q輸出的脈沖激光器。
背景技術：
高峰值功率、窄脈寬調Q固體激光器，由于與物質相互作用過程中產生的熱影響區(qū)域小，使得加工損傷少、精度高；同時，相對于飛秒和皮秒激光，具有加工效率高、速度快、 成本較低的優(yōu)勢。因此，脈寬1納秒或亞納秒的激光，在激光微加工制造、非線性光學、光電對抗、激光三維掃描、DNA分析等領域具有廣闊的應用前景。納秒量級的高峰值功率激光，一般采用調Q方式產生。采用主動調制的電光調Q方式，可獲得脈寬相對更窄、主動可控的脈沖激光輸出。目前，國內典型固體調Q激光器的輸出脈寬通常大于3ns，而普遍采用的減小腔長的方法仍不能完全滿足實現(xiàn)1納秒甚至亞納秒輸出的要求。分析主動調Q結構中影響脈寬的主要因素，優(yōu)化實現(xiàn)窄脈寬激光輸出所需的增益介質和腔結構，控制泵浦光偏振態(tài)及空間分布，是實現(xiàn)亞納秒調Q脈沖的關鍵問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種主動脈沖控制、結構緊湊、高光束質量的窄脈寬、高峰值功率激光器。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術方案一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，它包含了沿光的傳播方向依次設置的泵浦源1，光纖耦合裝置2， 后腔鏡3，激光增益介質4，電光調Q元件5，耦合輸出鏡6，其中后腔鏡3、激光增益介質4、 電光調Q元件5和耦合輸出鏡6組成諧振腔。所述的泵浦源1為半導體激光器，輸出π向偏振的泵浦光。本發(fā)明的特征在于所述諧振腔長度小于30mm，所述的半導體激光器連接光纖耦合裝置2，控制入射到激光增益介質4的泵浦光偏振態(tài)及空間分布，所述激光增益介質4為具有線偏振吸收特性的NchYVO4晶體，所述激光增益介質的輸出端面沿a軸切割成布儒斯特角，所述激光增益介質4的泵浦端通光面鍍膜作為后腔鏡，所述電光調Q元件5的電光Q開關為DKDP、RTP、BBO或LN，所述電光調Q元件5 的電光調Q采用退壓式電光調Q。所述輸出鏡6鍍有透過率大于70%的光學薄膜。所述的增益介質4的泵浦端通光面作為后腔鏡3處鍍808nm AR膜和1064nm HR膜。由于采用以上技術方案，本發(fā)明與現(xiàn)有電光調Q窄脈寬激光器相比，具有以下四個優(yōu)點1)采用光纖耦合、η偏振泵浦，提高了泵浦效率和激光系統(tǒng)增益；2)Nd:YV04晶體沿a軸切割成布儒斯特角，僅使平行于c軸的π偏光產生振蕩，實現(xiàn)偏振振蕩輸出，有效抑制自激振蕩，并省去了起偏器；3)采用退壓式電光調Q，與加壓式相比省去了 1/4波片，進一步縮短腔長并降低插入損耗；4)依據(jù)激光物理理論，我們得到，單純依靠縮短腔長不能完全實現(xiàn)1納秒甚至亞納秒輸出，提高激光系統(tǒng)增益是關鍵問題。通過控制入射到激光增益介質4的泵浦光偏振態(tài)及空間分布，提高泵浦效率、穩(wěn)定諧振腔，實現(xiàn)了 1納秒甚至亞納秒量級的窄脈寬電光調Q激光輸出。本發(fā)明的激光器具有結構簡單緊湊、易于模塊化生產、輸出脈沖穩(wěn)定性高等優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明實施例的結構示意2是采用本發(fā)明得到的脈沖寬度Ins的激光脈沖波形3是采用本發(fā)明得到的脈沖寬度Ins的激光脈沖光強分布1中，1泵浦源，2光纖耦合裝置，3后腔鏡，4激光增益介質，5電光調Q元件，6 耦合輸出鏡。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細說明如圖1所示，本發(fā)明包括采用半導體激光器作為泵浦源1，泵浦光經過光纖耦合裝置2會聚后，經后腔鏡3進入激光增益介質4，形成的激光振蕩經電光調Q元件5和輸出鏡6，形成激光輸出。其中后腔鏡3、激光增益介質4、電光調Q元件5和輸出鏡6構成本實施例中的激光器諧振腔。泵浦源1連接光纖耦合裝置2，通過控制入射到激光增益介質4的泵浦光偏振態(tài)及空間分布，提高泵浦效率，穩(wěn)定諧振腔。諧振腔是長度小于30mm的非直線型腔。所述激光增益介質4為具有線偏振吸收特性的NchYVO4晶體，增益介質4的泵浦端通光面作為后腔鏡3，鍍808nm AR膜和1064nm HR膜。增益介質4的輸出端面沿a軸切割成布儒斯特角，其光場E矢量平行于晶體光軸方向的π偏振(E//c)與E矢量垂直于光軸方向的ο偏振(Elc)的光譜特性有明顯差異，最強的吸收和輻射都發(fā)生在π向。泵浦源1輸出η向偏振的泵浦光，與增益介質4的偏振吸收特性相符，諧振腔內不必放置偏振片即可實現(xiàn)起偏、檢偏效果。諧振腔內的激光振蕩經電光調Q元件5和輸出鏡6，產生π向最強的線偏振激光輸出，避免了多余的熱致雙折射效應對光束質量的影響。輸出鏡6外側面鍍膜，使透過率大于 70%。上述的增益介質采用的材料為具有線偏振吸收特性的NchYVO4晶體。上述的電光調Q開關的材料可以為DKDP、RTP、BBO或LN。上述的輸出鏡可以以光學薄膜的形式鍍在電光晶體的出光面上。上述的諧振腔內還可以設有實現(xiàn)主振波長以外的激光輸出的非線性，如KTP、LBO
等倍頻晶體。所述的光纖耦合裝置2由與泵浦源1相連的傳輸光纖和沿光傳輸方向的兩個凸透鏡組成。上述發(fā)明的原理是通過控制入射到激光增益介質4的泵浦光偏振態(tài)及空間分布，能夠提高泵浦效率、穩(wěn)定諧振腔，進一步壓窄脈寬。增益介質4為Nd:YV04(釩酸釔)晶體，它屬四方晶系，鋯英石結構(&Si04)，正單軸晶體，是自然雙折射晶體，具有很強的偏振吸收和偏振輻射特性。其η方向偏振主吸收峰的吸收系數(shù)大于σ偏振，半高寬約為ο偏振的三倍多，π方向的吸收系數(shù)最高達 31. lcnT1，幾乎是Nd:YAG的五倍。在光纖耦合裝置2中使用保偏光纖，可以最大限度降低半導體泵浦源1所輸出線偏振光的退偏效應。與NchYVO4晶體的偏振吸收特性相符合的泵浦光偏振態(tài)及較好的空間分布，能夠充分利用增益介質中的反轉粒子數(shù)，提高激光系統(tǒng)增益， 實現(xiàn)窄脈寬。對于LD泵浦的NchYVO4激光器，π偏振泵浦不僅有利于提高泵浦吸收效率，而且有利于提高激光輻射效率。增益介質4吸收π向偏振的泵浦光后，經布儒斯特面的輸出為 JI向線偏振光。此時，給電光Q開關5加上λ/4電壓，π向線偏振光經過電光晶體5，產生 η/2位相差延遲，變?yōu)閳A偏振光。圓偏振光經過輸出鏡6反射回來再次通過電光晶體5，又變?yōu)榫€偏振光。此時的線偏振光的偏振方向相對初始狀態(tài)旋轉了 90°，成為ο向偏振光， 入射到增益介質4的布儒斯特面將被反射，從而實現(xiàn)“關門”。當撤去電光Q開關5的λ /4 電壓時，η向偏振光通過電光晶體5后偏振方向不變，可以在腔內振蕩和輸出，實現(xiàn)開門。本發(fā)明簡化了傳統(tǒng)電光調Q激光器諧振腔的結構，提高了激光系統(tǒng)增益、減小了腔內插入損耗、縮短了腔長，通過控制泵浦光的偏振態(tài)及空間分布，解決了提高激光系統(tǒng)增益這一關鍵問題，能夠實現(xiàn)0. 5ns 2ns的亞納秒調Q輸出。本發(fā)明經反復實驗及優(yōu)化，在腔長20mm，輸出鏡透過率70%，消光比大于 1000 1，重復頻率IOHz時，得到脈沖寬度Ins的1064nm激光輸出，其波形如圖2所示。本發(fā)明得到的脈沖寬度Ins的激光脈沖光強分布如圖3所示，單脈沖能量0. 32mJ, 峰值功率約0. 3MW,光束質量M2 < 2。本發(fā)明所述的激光器具有結構簡單緊湊、制成產品體積小、輸出脈沖穩(wěn)定性高等優(yōu)點，適于模塊化生產。
權利要求
1.一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，包含了沿光的傳播方向依次設置的泵浦源(1)，光纖耦合裝置( ，后腔鏡C3)，激光增益介質(4)，電光調Q元件(5)，耦合輸出鏡(6)，其中后腔鏡(3)、激光增益介質G)、電光調Q元件(5)和耦合輸出鏡(6)組成諧振腔；其特征在于所述諧振腔長度小于30mm，所述的半導體激光器連接光纖耦合裝置O)，控制入射到激光增益介質的泵浦光偏振態(tài)及空間分布，所述激光增益介質(4)為具有線偏振吸收特性的NchYVO4晶體，所述激光增益介質(4)的輸出端面沿a軸切割成布儒斯特角，所述激光增益介質的泵浦端通光面鍍膜作為后腔鏡。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，其特征在于所述的泵浦源(1)為輸出η向偏振的泵浦光的半導體激光器。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，其特征在于所述電光調Q元件(5)的電光Q開關為DKDP、RTP、BB0或LN，所述電光調Q元件(5)的電光調Q采用退壓式電光調Q。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，其特征在于所述輸出鏡(6)鍍有透過率大于70%的光學薄膜。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，其特征在于所述的增益介質(4)的泵浦端通光面作為后腔鏡3鍍SOSnmAR膜和1064nm HR 膜。
全文摘要
一種通過控制泵浦光特性實現(xiàn)亞納秒調Q輸出的激光器，屬于全固態(tài)激光技術領域。它包含了沿光的傳播方向依次設置的泵浦源，光纖耦合裝置，后腔鏡，激光增益介質，電光調Q元件，耦合輸出鏡，其中后腔鏡、激光增益介質、電光調Q元件和耦合輸出鏡組成諧振腔。所述的泵浦源為半導體激光器，輸出π向偏振的泵浦光。所述諧振腔長度小于30mm。所述激光增益介質為具有線偏振吸收特性的Nd:YVO4晶體，所述激光增益介質的輸出端面沿a軸切割成布儒斯特角，所述激光增益介質的泵浦端通光面鍍膜作為后腔鏡。本激光器具有結構簡單緊湊、易于模塊化生產、輸出脈沖穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
文檔編號H01S3/091GK102299469SQ201110207779
公開日2011年12月28日 申請日期2011年7月22日 優(yōu)先權日2011年7月22日
發(fā)明者馮馳, 晏樂倫, 李強, 石坦, 謝希盈 申請人:北京工業(yè)大學