CN102170085A - 偏压法电光调q双波长激光器 - Google Patents

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

偏压法电光调Q双波长激光器

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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