CN102170085A - 偏压法电光调q双波长激光器 - Google Patents
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Abstract
偏压法电光调Q双波长激光器,涉及一种激光器,尤其是涉及一种偏压法电光调QNd:YAG1064nm和1319nm双波长激光器。采用单铌酸锂电光调Q晶体,偏压加压式电光调Q方式对1064nm和1319nm双波长激光同时进行电光调Q,根据调Q晶体所加电压偏离1064nm激光λ/4主电压后通过起偏器损耗的机理,对1064nm强谱线进行合理抑制,从而获得1064nm和1319nm双波长激光动态输出。整机设计有效简化了激光器结构,降低了Nd:YAG1064nm和1319nm双波长激光同时电光调Q的难度。该方法具有全面、准确、方便等优点,适用于双波长激光器电光调Q技术研究。可以应用到激光雷达、激光医疗等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种调Q双波长激光器,尤其是涉及一种偏压法电光调Q Nd:YAG1064nm和1319nm双波长激光器。适用于双波长激光器电光调Q技术研究,应用领域包括激光雷达、激光医疗等领域。
背景技术
双波长激光器广泛应用于激光雷达、激光医疗等各领域。在一些领域中,需要双波长激光调Q脉冲输出,由于双波长激光之间存在波长差,因而不可避免地存在两波长之间调Q条件不一致的问题。如果调Q方法不当则会导致双波长激光无法同时动态输出或输出不同步,主要表现为双波长激光输出存在时间延迟、双波长激光重复频率不同等问题。
国内外学者对于双波长激光调Q技术进行了大量的理论和实验工作,主要侧重于双波长激光被动调Q、声光调Q和电光调Q技术,采用声光调Q技术调制的激光器转换效率较高、光束质量较好、稳定性较高,但是声光调Q技术仅适用于中小功率激光器,而且调试较为复杂,成本偏高;采用被动调Q技术调制的激光器结构相对简单,但是被动调Q开关关断人为不可控而且为了使得双波长脉冲重复频率相等,往往需要在光路中***一些特殊器件,这使得激光器光路调整变得相对复杂;采用电光调Q方法并不多见,多采用Y型腔结构、双电光调Q晶体或者周期极化铌酸锂单调Q晶体进行双波长激光调Q,前者需要对双电光Q开关进行极为复杂的调试,才能使得两Q开关之间没有时间延迟,后者则需要对周期极化铌酸锂单调Q晶体进行严格的温度控制且装置成本过高。而在某些领域需要高峰值高功率电光调Q双波长激光光源,且结构及调试越简易、整机成本越低越好,为此,可以采用单电光调Q晶体,偏压加压的方法来实现这一目的。
本发明提供了一种偏压法双波长激光电光调Q方法和装置。采用单铌酸锂电光调Q晶体,偏压加压式电光调Q方式对1064nm和1319nm双波长激光同时进行电光调Q,根据调Q晶体所加电压偏离1064nm激光λ/4主电压后通过起偏器损耗的机理,对1064nm强谱线进行合理抑制,从而获得1064nm和1319nm双波长激光动态输出。整机设计有效简化了激光器结构,降低了Nd:YAG1064nm和1319nm双波长激光同时电光调Q的难度。该方法具有全面、简洁、成本低等优点,适用于双波长激光器电光调Q技术研究。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的Nd:YAG双波长电光调Q激光器所采用结构较为复杂(双调Q晶体),整机成本较高,提供一种结构相对简单、整机成本较低、性能较好的新型Nd:YAG双波长电光调Q激光器。
本发明设有:
1319nm激光光路与1064nm激光光路。其中1319nm激光光路包括1319nm膜系全反镜;λ/4波片(1319nm),位于1319nm全反镜与标准具之间;标准具,位于λ/4波片与45度全反镜之间;45度全反镜,位于铌酸锂调Q晶体与标准具之间;铌酸锂调Q晶体,位于45度全反镜与起偏器之间;起偏器,位于酸锂调Q晶体与Nd:YAG泵浦头之间;Nd:YAG泵浦头,位于起偏器与输出镜之间;激光输出镜。1064nm激光光路包括1064nm膜系全反镜;λ/4波片(1064nm),位于1064nm膜系全反镜与45度全反镜11之间;45度全反镜11,位于λ/4波片(1064nm)与45度全反镜4之间;激光输出镜。
在激光器设计过程中,本发明采用标准具来抑制1338nm多余谱线震荡,镀有T>85%的1319nm增透膜,与普遍使用的镀膜抑制1338nm多余谱线震荡的方法相比,其成本较低、可行性较高、抑制效果更为显著。此外,本发明选用单铌酸锂调Q晶体,偏压、加压通光的电光调Q方法对1064nm和1319nm双波长激光进行同时调Q,其双面镀有T>95%的1064nm和1319nm双色增透膜,在对1064nm和1319nm双波长激光进行调Q的同时很大程度上也对1064nm强谱线进行了抑制,使得整机结构更为简单,整机成本相对降低。
本发明的工作原理如下:
当铌酸锂电光调Q晶体不加电压时,1064nm和1319nm光经过起偏器6后变为线偏振光,偏振方向与起偏器一直;经过铌酸锂电光调Q开关5后由于铌酸锂晶体表面没有施加电压,所以光仍保持原来偏振方向;当第一次通过各自的λ/4相位波片后,两束光偏振面旋转45度,变为圆偏振光;经过全反镜反射后,1064nm和1319nm光再次通过各自的λ/4相位波片,偏振面继续旋转45度,变为线偏振光,其偏振方向与起偏器呈90度;第二次通过铌酸锂电光调Q开关后依然保持原偏振方向无变化;当重新到达起偏器6时,由于两束光偏振面都与起偏器呈90度,所以不能通过起偏器,即同时达到不通光的效果,也即所谓的“关门”状态。
当晶体加电压时(所加电压为1319nm光λ/4晶压),由于铌酸锂晶体电光效应的影响,1319nm光偏振面比铌酸锂晶体不加压的情况多旋转了90度,当1319nm光重新到达起偏器时,它的偏振面与起偏器呈180度互相平行,可以正常通过起偏器,此时便达到了通光效果,即“开门”状态;而对于1064nm光而言,由于铌酸锂调Q晶体所加电压为1319nm光λ/4晶压,所以当1064nm光经过铌酸锂电光调Q晶体后,其偏振面的改变会偏离45度,即1064nm光重新到达起偏器时,其偏振面不会与起偏器呈180度,1064nm光其实会变为椭圆偏振光,当经过起偏器时会产生一定的损耗,但仍会达到通光效果,即“开门”状态。
本发明的突出效果将在具体实施方式中加以进一步的说明。
附图说明
图1为偏压法电光调Q双波长激光器装置图;
图2为Nd:YAG泵浦头剖视图。
具体实施方式
如图1所示,本发明包含三部分:1319nm激光谐振腔体设计、1064nm激光谐振腔体设计、铌酸锂电光调Q***设计。更具体地说,本发明由如下器件构成(从左至右):
1319nm膜系全反镜1、1319nmλ/4波片2、F-P标准具3、45°全反镜4、铌酸锂电光调Q开关5、起偏器6、Nd:YAG泵浦头7、激光输出镜8、1064nm膜系全反镜9、1064nmλ/4波片10、45°全反镜11。
1319nm膜系全反镜1、F-P标准具3、Nd:YAG泵浦头7、激光输出镜8共同构成1319nm激光谐振腔体:
其中1319nm全反镜采用平面镜结构,通光孔径为Φ20,镀1319nm高反膜(反射率R>99.5%),作为1319nm激光谐振腔全反腔镜。
F-P标准具镀有1319nm高透膜(透过率T≈95%),通光孔径为Φ8。当1319nm谱线入射角度满足F-P标准具干涉场强度极大值条件时,1319nm光即可全部透过F-P标准具,而此时1338nm等多余谱线入射角度无法满足F-P标准具干涉场强度极大值条件,即便是微小的偏差也导致1338nm光接近于相消干涉而被大幅衰减,致使1338nm等多余谱线无法起振,达到抑制效果。
如图2所示,Nd:YAG泵浦头采用氙灯泵浦漫反射腔结构,包括激光头端盖密封圈12,Nd:YAG增益介质13,增益介质密封圈14,激光泵浦漫反射腔体15,增益介质压盖16,氙灯密封圈17,泵浦灯氙灯18。Nd:YAG泵浦头由氙灯泵浦,经激光泵浦漫反射腔体反射后,光线均匀聚集到Nd:YAG增益介质上,使其产生较高的增益获得激光输出。其中Nd:YAG增益介质双面镀1064nm和1319nm双色增透膜(透过率T>99.5%),以减少腔内损耗,Nd:YAG泵浦头放置于五维精密调整架上,便于调整至同一光路上。
激光输出腔镜采用平面镜结构,通光孔径Φ20,双面镀1064nm和1319nm双色膜,具体镀膜指标如下:1064nm部分透射(透过率T=91%)、1319nm部分透射(透过率T=15%)。
1064nm全反镜9、45°全反镜4、45°全反镜11、Nd:YAG泵浦头7、激光输出镜8共同构成1064nm激光谐振腔体:
其中1064nm全反镜采用平面镜结构,通光孔径为Φ20,镀1064nm高反膜(反射率R>99.5%),作为1064nm激光谐振腔全反腔镜;45°全反镜11通光孔径为Φ20,镀1064nm高反(反射率R>99.5%)介质膜;45°全反镜4通光孔径为Φ20,镀1064nm和1319nm双色介质膜,具体镀膜指标如下:1064nm高反(反射率R>99.5%)介质膜、1319nm高透(透过率T>99.5%)介质膜。
λ/4波片2、λ/4波片10、起偏器6、铌酸锂电光调Q开关5共同构成铌酸锂电光调Q***:
其中λ/4波片10通光孔径为Φ20,镀有1064nm高透(透过率T>99.5%)介质膜,对1064nm光产生π/2的相位延迟;λ/4波片2通光孔径为Φ20,镀有1319nm高透(透过率T>99.5%)介质膜,对1319nm光产生π/2的相位延迟;起偏器双面镀有1064nm和1319nm高透(透过率T>98%)介质膜,用于1064nm和1319nm光同时起偏。
铌酸锂电光调Q开关由电源、铌酸锂电光调Q盒、铌酸锂晶体组成,其电源采用QBD系列升压电光Q开关电源,脉冲重复频率为0~5KHz可调;铌酸锂电光调Q盒采用全铝结构,至于可旋光学调整架(PM101)内,便于旋光;铌酸锂晶体尺寸为长l=25mm,宽d=9mm,高h=9mm,双面镀有1064nm和1319nm高透(透过率T>99.5%)介质膜,采用横向加压、升压调Q方式,调Q晶体加压电压为V=1914伏,当晶体加压时,1064nm激光光路与1319nm激光光路同时处于通光状态,此时所加电压偏离了1064nm光λ/4电压,这使得1064nm光通过铌酸锂晶体时所产生的相位延迟不是π/2,所以当1064nm光经过起偏器时只有1/10的光能够通过,从而达到了对1064nm强谱线进行一定抑制的目的,使得1064nm和1319nm激光能够同时调Q输出。
不同波段的双波长激光器虽然增益介质不同,但其设计方法相同。则根据实际需要,按照本发明的设计方法设计出类似于图1所示的实验装置,改变器件相应镀膜膜系与尺寸,改变调Q晶体所加晶压即可。
Claims (4)
1.偏压法电光调Q双波长激光器,利用45度全反镜将1064nm和1319nm激光光路分开,采用单铌酸锂电光调Q晶体,偏压加压式电光调Q方式对1064nm和1319nm双波长激光同时进行电光调Q,其特征在于设有铌酸锂晶体,位于45度全反镜与起偏器之间,作为1064nm和1319nm双波长激光调Q晶体;45度全反镜,位于铌酸锂调Q晶体与标准具之间,作为激光器的分光镜。激光输出平面镜,位于Nd:YAG激光晶体的输出端,作为双波长激光器的输出腔镜。
2.如权利要求1所述的偏压法电光调Q双波长激光器,其特征在于铌酸锂电光调Q晶体双面镀R>99.5%的1064nm和1319nm双色高透介质膜,调Q晶体加压电压1914伏,为1319nm光λ/4电压,偏离于1064nm光λ/4电压。
3.如权利要求1所述的偏压法电光调Q双波长激光,其特征在于45度全反镜采用镀R>99.5的1064nm高反和T>99.5%的1319nm高透双色介质膜。
4.如权利要求1所述的偏压法电光调Q双波长激光器,其特征在于激光输出平面镜采用镀T=91%的1064nm部分透射和T=15%的1319nm部分透射双色介质膜。
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