專利名稱：電光及旋光熱效應補償復合功能硅酸鎵晶體調q激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種調Q固體激光器，特別是一種采用硅酸鎵(La3Ga5SiO4，簡稱LGS)作為電光開關和旋光補償?shù)恼{Q激光器。
背景技術：
激光二極管(LD)抽運的固體激光器(DPSSL)以其轉換效率高、光束質量好、結構緊湊、使用和維護方便等優(yōu)點得到了人們的廣泛關注。尤其是高重復率窄脈寬固體激光器，在激光雷達、空間通信、激光測距以及激光精細加工等領域都有著十分重要的應用。通常，獲得高重復率、窄脈寬納秒量級激光脈沖輸出的高效率固體激光器主要采用被動開關可飽和吸收體，如Cr4+: YAG晶體或聲光主動開關作為調元件陣，其重復頻率典型值為千赫茲到百千赫茲。但這兩種開關技術都存在明顯的不足，即可飽和吸收體的被動開關可以獲得窄脈沖，但其輸出穩(wěn)定性差，且單脈沖能量較低，難以實現(xiàn)精確同步輸出。屬于主動調制的聲光開關，盡管很好地解決了同步問題，但其開關速度較慢，所得的脈沖脈 寬較大，典型值在幾十納秒到上百納秒。而利用非線性晶體的電光效應制成的電光開關，不但具有很強的關通能力，而且響應速度達到納秒甚至亞納秒量級，很容易獲得IOns以下的穩(wěn)定脈沖輸出。傳統(tǒng)的KD*P、LN和KTP晶體，由于受其本身的電導率值、電光系數(shù)、壓電環(huán)效應等因素的制約，制成的開關的重復頻率難以有效提高。隨著新型電光晶體RTP (RbTi0P04), BBO ( β -BaB20)和LGS (La3Ga5Si04)的出現(xiàn)，電光開關的重復頻率得到極大的提升，實現(xiàn)了幾赫茲到百千赫茲范圍的全覆蓋。特別LGS是一種新型具有旋光性的電光晶體，利用激光在諧振腔中來回振蕩的原理和旋光晶體中波矢量反向回轉偏振面旋轉的角移為零這一特性，同時利用其橫向電光效應，已實現(xiàn)了其作為電光晶體在高功率脈沖調Q激光器中的應用。但是激光器在高重復頻率條件下，由于其溫度及應力改變使得激光晶體折射率變化，導致產生熱透鏡效應和熱致雙折射，引起激光脈沖的畸變降低了激光光束質量及激光功率。目前國內外常用的熱致雙折射補償方法是在兩個激光晶體中間插入90度旋光晶體。但是此類辦法不僅額外引入插入損耗并且使得腔結構復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明專利針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種電光調Q及旋光熱效應補償復合功能硅酸鎵晶體調Q激光器，克服現(xiàn)有高重頻脈沖激光器由于熱致雙折射效應嚴重導致激光功率降低光束惡化的缺陷，得到結構緊湊高質量高功率高重頻調Q激光器。旋光性是指單色平面偏振光沿光軸方向通過晶體后，其偏振面會發(fā)生轉動，轉動的角度與晶片的厚度成正比。LGS晶體具有旋光性，在波長1064nm入射光下，LGS旋光率為I. Γ /mm。本專利采用兩塊8*8*41mm的LGS晶體，其兩端面均鍍有增透膜，晶體X方向為電場加壓方向，Z方向為通關方向，加壓表面鍍金電極。LGS晶體置于兩個激光泵浦腔中間，使得激光束電場的每個分量都旋轉90度。在第一個激光棒中成徑向偏振的模式，在第二個激光棒中就變成切向偏振，光束的每個部分都通過兩個激光棒中相同的區(qū)域，所以在一個棒中產生的遲滯被另一個棒抵消。利用這種技術，可以實現(xiàn)激光器的雙折射補償。同時在LGS晶體上通過施加直流I/ 4波電壓來實現(xiàn)關門作用，瞬間退掉電壓實現(xiàn)激光諧振腔的開門，產生脈沖激光輸出。結合附圖I描述激光器結構。整個激光器主要由激光增益介質，LGS晶體組件，激光泵浦系統(tǒng)組成。激光增益介質為Nd:YAG晶體。兩根晶體為孿生晶體，尺寸摻雜濃度完全一致。各端面均鍍有1064nm增透膜。激光泵浦系統(tǒng)由兩個半導體泵浦源和脈沖激光電源組成，重復頻率ΙΟΗζ-ΙΚΗζ可調。LGS晶體組件與高壓脈沖調Q電源，偏振片共同組成硅酸鎵電光晶體調Q激光器。旋光晶體由兩塊串聯(lián)放置于兩個半導體泵浦模塊之間，長度分別為41mm的LGS晶體組成，晶體的端面均鍍有1064nm增透膜。其中一塊LGS晶體在x方向加高壓，關門電壓隨晶體縱橫比的大小可調，無需防潮裝置。通過調整施加于LGS晶體電光調Q開關上的電壓和轉動LGS晶體電光調Q開關，使激光器輸出能量為零(關門狀態(tài))。瞬間退掉電壓，經過偏振器的平面偏振光通過LGS晶體后，其偏振面轉過了角度Φ,經激光腔的全反鏡反射后，其偏振面轉過了角度-Φ。由于光束來回兩次通過LGS晶體，使因晶體旋光性產生的偏振面旋轉角度為0，實現(xiàn)激光諧振腔的開門，產生脈沖激光·輸出，從而實現(xiàn)了退壓式LGS晶體電光調Q開關激光器的運轉。諧振腔采用平凹腔結構，腔型穩(wěn)定緊湊。


附圖為本激光器結構示意圖，其中I為激光晶體Nd:YAG，2為半導體泵浦腔，3為泵浦電源，4為電光Q開關電路，5為LGS晶體,6為偏振片,7為輸出鏡,8為全反鏡。
具體實施例方式附圖中Nd: YAG棒晶體I尺寸為3mmX68mm，Nd3+慘雜濃度O. 8%,端面鍛1064nm高透的介質膜；半導體泵浦2作為側面泵浦，重頻ΙΟΗζ-ΙΚΗζ可調，脈寬200us，使用水循環(huán)冷卻，工作溫度控制在25°C±1°C ;實驗采用平-凹腔結構，8為凹面全反鏡，曲率R=L 5m，鍍1064nm高反膜；7為輸出鏡，透過率40% ；5LGS作為電光及旋光晶體，每塊Z向長度l=41mm,X方向寬度ω=8 mm, Y方向寬度d=8 mm,橫向電光效應,X方向加電場,Z方向通光。Q開關控制電路4產生約為300(T4000V可調。泵浦開始時，由泵浦電源觸發(fā)高壓模塊，給電光晶體LGS加直流的λ/4電壓來實現(xiàn)腔的關斷；調節(jié)延時時間，使上能級粒子數(shù)積累到最大，瞬間退掉電壓，實現(xiàn)激光諧振腔的開門狀態(tài)，產生脈沖激光輸出。使用退壓式工作方式時，腔內所需元器件少，一個高壓電源模塊獨立工作，只需對反轉粒子數(shù)的積累的時間進行調節(jié)，操作簡單，節(jié)約成本。
權利要求
1.一種電光調Q及旋光熱效應補償復合功能硅酸鎵晶體調Q激光器，包括激光晶體Nd:YAG，諧振腔、LGS晶體組件，激光泵浦系統(tǒng)，高壓脈沖調Q電源組成，其特征在于激光泵浦系統(tǒng)由兩個相同的半導體泵浦源和脈沖激光電源組成，諧振腔由全反鏡、偏振片、LGS晶體組件和輸出鏡組成。
2.如權利要求I所述的硅酸鎵晶體調Q激光器，其特征在于所述的LGS晶體組件由兩塊41_長的LGS晶體串聯(lián)放置于兩個半導體泵浦模塊之間。
3.如權利要求I所述的硅酸鎵調Q激光器，其特征在于所述的激光晶體Nd:YAG為兩根尺寸完全相同的孿生晶體，放置于LGS晶體組件的兩邊。
4.如權利要求I所述的硅酸鎵調Q激光器，其特征在于所述的半導體泵浦模塊和全反鏡之間設有起偏器。
全文摘要
本發(fā)明提供電光及旋光熱效應補償復合功能硅酸鎵晶體調Q激光器。該激光器包括激光晶體Nd:YAG，諧振腔、LGS晶體組件，激光泵浦系統(tǒng),高壓脈沖調Q電源組成，激光泵浦系統(tǒng)由兩個相同的半導體泵浦源和脈沖激光電源組成，諧振腔由全反鏡、偏振片、LGS晶體組件和輸出鏡組成。該激光器克服現(xiàn)有高重頻脈沖激光器由于熱致雙折射效應嚴重導致激光功率降低光束惡化的缺陷，得到結構緊湊高質量高功率高重頻脈沖激光器。
文檔編號H01S3/127GK102946043SQ20121047587
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月22日 優(yōu)先權日2012年11月22日
發(fā)明者鄭暉, 黃見洪, 林文雄, 史斐, 李錦輝, 翁文, 戴殊韜, 劉華剛 申請人:中國科學院福建物質結構研究所