一種大能量單縱模短脈沖激光輸出的方法及固體激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及固體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種二極管泵浦的固體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明提供一種激光輸出的方法，包含有如下做法：以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標(biāo)準(zhǔn)具；利用前后光闌的橫模選擇作用選擇單橫模；利用被動調(diào)Q技術(shù)與預(yù)泵浦技術(shù)相結(jié)合；用主動式電光開關(guān)和預(yù)泵浦技術(shù)相結(jié)合；采用平凹穩(wěn)定腔；光闌和被動調(diào)Q色心晶體在前后腔鏡附近放置；采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質(zhì)。利用本發(fā)明的方法，可提供一種大能量單縱模短脈沖激光輸出。
【專利說明】一種大能量單縱模短脈沖激光輸出的方法及固體激光器
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】： 本發(fā)明涉及固體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種二極管泵浦的固體激光器【技術(shù)領(lǐng)域】。
[0002]

【背景技術(shù)】： 單縱模激光具有頻率單一、相干性高、時間穩(wěn)定性的優(yōu)點(diǎn)，脈沖式激光具有峰值功率高 的優(yōu)點(diǎn)。脈沖式工作的單縱模激光兼具兩者的優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)良的單色光源，廣泛應(yīng)用于測距、 光譜分析、雷達(dá)、精細(xì)加工、光化學(xué)反應(yīng)、相干實(shí)驗(yàn)等等領(lǐng)域。激光器實(shí)現(xiàn)單縱模輸出的基 本思路都是一樣的，即通過某種物理手段盡量減少腔內(nèi)的縱模數(shù)(現(xiàn)有產(chǎn)生單縱模的方法 包括：短腔法、腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具法、諧振反射鏡法等)，并使某一個縱模的能量相對其它縱模取得 優(yōu)勢，然后通過增益放大過程中的模式競爭，使不占優(yōu)勢的縱模不能得到很好的放大，最終 被損耗掉，從而輸出唯一一個有能量的縱模。換句話說，就是要想方設(shè)法增大被選擇的縱模 與其它縱模所獲增益的差距。在實(shí)踐中，為了使選單縱模的效果更好，通常讓激光器工作在 閾值水平附近，這樣在總體增益較低的情況下模式競爭的效果會更明顯。但這種做法會降 低激光器的輸出水平。另外，實(shí)現(xiàn)納秒級短脈沖脈沖式激光輸出的方法包括主動調(diào)Q和被 動調(diào)Q等，Q開關(guān)技術(shù)的本質(zhì)是使上能級的儲能瞬間釋放，讓腔內(nèi)已存在的很弱的振蕩模式 得到很高的瞬間增益，實(shí)現(xiàn)短脈沖輸出的效果。這樣，如果在Q開關(guān)打開之前對縱模的選擇 不夠徹底，在Q開關(guān)打開后高增益的情況下，很難實(shí)現(xiàn)有效的模式競爭，通常會輸出多個縱 模。
[0003] 也就是說，選擇單縱模和獲得大能量短脈沖輸出是有矛盾的，所采取的措施會削 弱彼此的效果。采取縱模選擇效果明顯的單一手段，如腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具法、諧振反射器法等，雖 然可以在強(qiáng)泵浦條件下選擇單縱模，但對環(huán)境和器件的要求太高，很難達(dá)到實(shí)用。
[0004] 總之，要想獲得大能量的單縱模短脈沖輸出，必須同時解決單縱模有效、穩(wěn)定的選 擇和能量有效放大兩方面的問題。而這在實(shí)踐中并不容易做到，通常選單效果強(qiáng)的手段不 穩(wěn)定，穩(wěn)定的手段選單效果不強(qiáng)。能量放大的要求又會減低選單縱模的效果，對選單能力提 出了更高的要求。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明的目的就是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足而提供一種實(shí)現(xiàn)大能量單縱模短脈沖激 光輸出的方法和固體激光器。
[0006] 為達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為 FP標(biāo)準(zhǔn)具；利用前后光闌的橫模選擇作用選擇單橫模；利用被動調(diào)Q技術(shù)與預(yù)泵浦技術(shù)相 結(jié)合；用主動式電光開關(guān)和預(yù)泵浦技術(shù)相結(jié)合；采用平凹穩(wěn)定腔；光闌和被動調(diào)Q色心晶體 在前后腔鏡附近放置；采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質(zhì)。為達(dá) 到本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供的一種可實(shí)現(xiàn)大能量單縱模短脈沖輸出的固體激光器，包含 有以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標(biāo)準(zhǔn)具；激光二極管泵浦源；主動電光 開關(guān)；偏振片；被動調(diào)Q色心晶體；前、后光闌；前、后腔鏡；光闌和被動調(diào)Q色心晶體在前后 腔鏡附近放置；采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質(zhì)。
[0007]

【專利附圖】

【附圖說明】： 圖1是本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)原理圖 圖2是本發(fā)明的所述方法的工作過程原理圖 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的示波器接入方式工作原理圖

【具體實(shí)施方式】： 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明： 圖1是本發(fā)明的激光器結(jié)構(gòu)原理圖。
[0008] 由圖1可知，本發(fā)明的激光器包含有以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作 為FP標(biāo)準(zhǔn)具(激光晶體1);激光二極管泵浦源2 ;主動電光開關(guān)3 ;偏振片4 ;調(diào)Q晶體（即 被動調(diào)Q色心晶體）5 ;前、后光闌6、7 ;前、后腔鏡8、9 ;光闌6、7和被動調(diào)Q色心晶體5在 前后腔鏡附近放置。作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的激光器中還可以在諧振腔內(nèi)加 入二倍頻晶體10。
[0009] 圖2是本發(fā)明的所述方法的工作過程原理圖。
[0010] 由圖2可知，本發(fā)明的方法工作過程如下： 第一階段：晶體棒加工成兩端面平行并有一定反射率的形狀，可以起到一個腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 具的作用。腔內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)具的峰值透過率對應(yīng)的頻率Um = m*c/2ndcos Θ，其中C為光速，n是 介質(zhì)折射率，d是標(biāo)準(zhǔn)具厚度，Θ是入射光線與法線的夾角，m為正整數(shù)。相鄰的透射峰的 間隔Δυ = c/2ndcos Θ，透射譜線寬度δυ =c/(2 3ind)*(l-r)*r_°_5。！·為晶體棒前后表面 的反射率(兩個表面通常設(shè)為一致)。要想獲得單縱模，需要滿足譜線寬度小于諧振腔的縱 模間隔，即Su <(V(2L'），L'為等效腔長。通過調(diào)整晶體棒長度、表面反射率和腔長，滿足 以上條件。通過調(diào)整晶體棒姿態(tài)，即Θ，使透過率峰值對準(zhǔn)增益介質(zhì)增益譜的中心頻率。通 過以上措施，可以實(shí)現(xiàn)諧振腔的某個縱模與激光器增益譜中心頻率相對應(yīng)。由于晶體棒比 較長，表面反射率也不會很高，因此相鄰縱模之間的透過率差并不是十分懸殊，這一措施只 能起到粗選一些縱模的作用。
[0011] 第二階段：激光泵浦開始，為預(yù)泵浦階段。此時泵浦幅度較低，腔內(nèi)的被動調(diào)Q色 心晶體的損耗很大，電光開關(guān)加一個接近半波電壓的偏壓，達(dá)到對水平偏振態(tài)略有透過率 的狀態(tài)。通過設(shè)置泵浦幅度，讓激光器達(dá)到增益略大于損耗的水平，從而使大部分頻率偏離 增益峰值的縱模不能得到增益而損耗消失。通過控制預(yù)泵浦的強(qiáng)度、持續(xù)時間，達(dá)到最好的 選縱模效果。
[0012] 第三階段：隨著泵浦持續(xù)，腔內(nèi)優(yōu)勢縱模逐漸增強(qiáng)并開始占絕對優(yōu)勢，作為被動Q 開關(guān)的色心晶體也逐漸開始對這個模式"漂白"。此時，突然去掉主動電光調(diào)Q開關(guān)的電壓， 腔內(nèi)開關(guān)打開，腔內(nèi)光強(qiáng)迅速增加，被動調(diào)Q色心晶體也快速飽和，使所選擇的模式開始得 到有效的增益放大。
[0013] 第四階段：主泵浦開始，進(jìn)入激光增益介質(zhì)的泵浦能量迅速增加，為這個激光模式 提供很高的增益。此時一些較弱的激光模式也同樣獲得了增益，但是由于初始能量太弱，在 增益競爭中迅速失敗，系統(tǒng)儲能迅速的被預(yù)選出來的縱模提取，在腔內(nèi)快速振蕩并輸出，形 成一個能量很大的單縱模激光脈沖。色心晶體的初始透過率、預(yù)泵浦強(qiáng)度和寬度、主泵浦 強(qiáng)度、電光開關(guān)開門時間要協(xié)調(diào)考慮，以便使所選單縱模取得優(yōu)勢的時刻、色心晶體漂白時 亥IJ、激光器增益急劇提高的時刻能基本重合 第五階段：隨著儲能快速下降，激光脈沖結(jié)束，此時電光開關(guān)上的半波電壓迅速恢復(fù)， 起到關(guān)斷作用，防止其它模式在殘余泵浦能量的作用下起振，形成多脈沖。
[0014] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例的示波器接入方式工作原理圖 下面結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施例對激光器的具體實(shí)施過程作一詳細(xì)說明： 如圖3所示接入示波器。
[0015] 激光器輸出激光，打在一塊漫反射觀察屏上，光電探測器接收到漫反射光，將光信 號轉(zhuǎn)換成電信號，通過同軸電纜傳輸?shù)绞静ㄆ魃?。示波器將接收到的電信號處理并顯示在 屏幕上，觀察者在屏幕上可以觀察和測量激光脈沖的時間特性，包括脈沖寬度、脈沖形狀、 脈沖數(shù)量、脈沖幅度以及脈沖的時間和幅度是否穩(wěn)定等。
[0016] 激光二極管泵浦源處于工作狀態(tài)。
[0017] 在先不加入兩片被動調(diào)Q色心晶體和電光晶體不加電壓的情況下，調(diào)整前后腔鏡 的相對姿態(tài)和激光棒姿態(tài)，使三者光軸平行。仔細(xì)調(diào)節(jié)，直到諧振腔達(dá)到激光振蕩并輸出最 大的狀態(tài)。
[0018] 加入兩片調(diào)Q晶體，提高泵浦強(qiáng)度，輸出調(diào)Q激光脈沖序列。電光晶體開始工作， 調(diào)節(jié)電光晶體上高壓脈沖的延遲時間，直到在示波器上觀察到調(diào)Q脈沖序列的第一個脈沖 幅度明顯增大，而后面的脈沖消失。
[0019] 關(guān)閉電光開關(guān)的高壓，調(diào)節(jié)預(yù)泵浦脈沖的寬度和幅度、主泵浦的幅度，觀察輸出的 調(diào)Q脈沖序列，直到在示波器上看到第一個脈沖的幅度明顯大于其它脈沖，波形變得光滑 和穩(wěn)定為止。
[0020] 打開電光開關(guān)的電源，再次調(diào)節(jié)延遲時間，觀察到與前次調(diào)節(jié)延遲時同樣的效果。 再次關(guān)閉電光開關(guān)，調(diào)節(jié)預(yù)泵浦和主泵浦參數(shù)......如此往復(fù)，直到看到激光器輸出一個 穩(wěn)定的、波形光滑、幅度很高的唯-個激光脈沖為止。
[0021] 用FP標(biāo)準(zhǔn)具作為鑒頻器，觀察輸出激光的干涉圖樣，同時調(diào)節(jié)激光棒的姿態(tài)，直 到干涉圖樣達(dá)到最銳利為止。此時，激光器即達(dá)到輸出脈沖單縱模激光的效果。
[0022] 以上所述僅是本發(fā)明的實(shí)施例之一，故凡依本發(fā)明專利申請范圍所述的構(gòu)造、特 征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發(fā)明專利申請范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種大能量單縱模短脈沖激光輸出的方法，其特征在于： 以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標(biāo)準(zhǔn)具； 利用前后光闌的橫模選擇作用選擇單橫模； 利用被動調(diào)Q技術(shù)與預(yù)泵浦技術(shù)相結(jié)合； 用主動式電光開關(guān)和預(yù)泵浦技術(shù)相結(jié)合； 采用平凹穩(wěn)定腔； 光闌和被動調(diào)Q色心晶體在前后腔鏡附近放置； 采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質(zhì)。
2. -種如權(quán)利要求1所示的方法所示的可實(shí)現(xiàn)大能量單縱模短脈沖輸出的固體激光 器，其特征在于，所述固體激光器包括： 以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標(biāo)準(zhǔn)具； 激光二極管泵浦源； 主動電光開關(guān)； 偏振片； 被動調(diào)Q色心晶體； 前、后光闌； 前、后腔鏡； 光闌和被動調(diào)Q色心晶體在前后腔鏡附近放置； 采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求2所述的固體激光器，其特征在于：在諧振腔內(nèi)加入二倍頻晶體。
【文檔編號】H01S3/0941GK104158082SQ201410444762
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月3日
【發(fā)明者】羅亦鳴 申請人:四川卓眾科技有限公司, 鞍山紫玉激光科技有限公司