CN103594917A - 双声光调q co2激光器 - Google Patents

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陈飞
李殿军
郭劲
郑长彬
谢冀江
杨贵龙
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Abstract

双声光调Q CO2激光器，属于激光技术领域，为解决现有技术采用腔内单声光Q开关时，在较低激光增益下，为了压缩激光脉宽只能降低激光运行重频，在较高激光增益下，单声光Q开关无法实现激光的有效关断的问题，本发明激光器为，凹面全反镜和输出镜组成激光谐振腔，激光管用于产生激光振荡，两个声光Q开关***腔内，用于产生重频激光输出，两个声光Q开关各连接一个信号发生器，信号发生器用于精确控制声光Q开关的工作状态，延迟控制器分别连接两个声光Q开关，用于精确控制声光Q开关的打开和关断时间，使两个声光Q开关间隔打开和关断，实现输出激光的重频加倍；两个声光Q开关通过同步触发器来控制，实现高重频、窄脉宽激光输出。

Description

双声光调Q CO2激光器
技术领域
本发明涉及一种基于腔内双声光调Q的高重复频率、窄脉冲宽度远红外CO2激光器，属于激光技术领域。
背景技术
小型高重复频率、窄脉冲宽度CO2激光器在激光加工、激光雷达、环境探测、激光医疗以及激光与物质相互作用等领域均具有广泛的应用需求。目前中小型CO2激光器实现脉冲输出的方法主要有电光调Q、机械调Q和声光调Q。电光调Q通常采用CdTe晶体作为开关器件，脉冲频率可达到100kHz，脉冲宽度可压缩至百ns量级，但由于电光调Q通常需要用到高电压，结构较为复杂，不利于实现激光的编码输出，且CdTe晶体损伤阈值较低、价格非常昂贵；机械调Q通常是利用***谐振腔内高速旋转的斩波器或转镜实现的，此方法的优点是结构简单，成本低，但由于受到斩波器转速的限制难以实现高重复频率输出，且无法进行激光脉冲的编码控制；声光调Q通常采用Ge晶体作为开关器件，通过改变声光介质中周期***变的超声场所引起的衍射损耗而进行调Q，该方法结构简单，稳定可靠，Ge晶体损伤阈值高，但通常采用腔内单声光Q开关时，在较低激光增益下，为了压缩激光脉冲宽度只能降低激光运行重复频率，因此无法实现高重复频率的激光输出，而在较高激光增益下，单声光Q开关无法实现对振荡激光的有效“关断”，从而限制了其压缩激光脉冲宽度的能力。
发明内容
本发明为了解决现有技术采用腔内单声光Q开关时，在较低激光增益下，为了压缩激光脉冲宽度只能降低激光运行重复频率，而在较高激光增益下，单声光Q开关无法实现对振荡激光的有效“关断”等问题，提出一种双声光调QCO2激光器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
双声光调QCO2激光器，凹面全反镜、声光Q开关、激光管、另一声光Q开关和输出镜依次同轴放置；凹面全反镜和输出镜组成激光谐振腔；激光管用于产生激光振荡；两个声光Q开关***激光谐振腔内，采用布拉格衍射垂直入射方式；两个声光Q开关各连接一个信号发生器，信号发生器用于精确控制声光Q开关的工作状态；延迟控制器分别连接两个声光Q开关，用于精确控制声光Q开关的打开和关断时间，使两个声光Q开关间隔打开和关断，实现输出激光的重频加倍。
所述激光管内充入比例1：3：8：30的Xe气、CO2气体、He气和H2气，总气压30托。
所述输出镜是对CO2激光部分透过的平面镜，其材料为ZnSe。
两个声光Q开关通过同步触发器来控制，保证精确控制两个声光Q开关处于同时的打开和关断状态，实现高重频、窄脉宽激光输出。
本发明的有益效果是：第一种技术方案是采用一个延迟控制器来精确控制两个声光Q开关的处于间隔打开和关断的工作状态，与单声光Q开关的工作状态相比较，采用两个声光Q开关可以实现激光重复频率的加倍，即单Q开关的重复频率为f，两个Q开关运行时重复频率为2f，从而在较低的CO2激光增益下提高激光器的运行重复频率。
第二种技术方案是采用一个同步触发器来控制，保证精确控制两个声光Q开关处于同时的打开和关断状态，实现在高增益的情况下对CO2振荡激光的有效关断，从而获得高重复频率、窄脉冲宽度激光输出。
附图说明
图1是声光调Q激光器原理示意图。
图2是双声光调QCO2激光器实施例一示意图。
图3是双声光调QCO2激光器的实施例二示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，声光调Q激光器工作原理，声光调Q技术是通过改变声光介质中周期***变的超声场所引起的衍射损耗而进行调Q。声光Q开关1由射频发生器1-1、电-声换能器1-2、声光介质1-3和吸声材料1-5等组成。对于CO2激光，声光介质通常采用Ge材料。在谐振腔内***声光Q开关，当射频（RF）电源产生的高频振荡信号加在Q开关的换能器上时，使声光介质的折射率发生周期性的变化，形成等效的“相位光栅”，入射光束1-4通过声光介质时，产生布拉格衍射。对于0级入射光会产生1级衍射光（出射光束1-6），有2θi的角度偏离，这一角度使光波偏出谐振腔外，谐振腔处于低Q值高损耗状态，从而在上能级积累了大量的反转粒子数，但此时不能产生激光振荡，或者说用Q开关将激光“关断”。当高频信号的突然停止作用，声光介质中的超声场消失，谐振腔突变为高Q值状态，大量的反转粒子数跃迁至激光下能级，便形成巨脉冲激光输出，此时Q开关相当于“打开”。Q值交替变化一次，便输出一个激光脉冲。
本发明的第一种技术方案实施例，如附图2所示，该高重复频率、窄脉冲宽度CO2激光器包括用于产生激光增益的激光管、用于产生激光振荡和波长选择的谐振腔、用于实现脉冲激光输出的声光Q开关和控制激光重复频率、占空比等参量的控制器。
双声光调QCO2激光器，凹面全反镜2、声光Q开关1、激光管3、另一声光Q开关1和输出镜4依次同轴放置。由凹面全反镜2和输出镜4组成激光谐振腔。其中凹面全反镜2的材料为Cu、曲率半径4m。输出镜4是对CO2激光部分透过的平面镜，其材料为ZnSe。激光管3内充入比例1：3：8：30的Xe气、CO2气体、He气和H2气，总气压30托，通过放电使激光管内产生激光增益，两个Ge材质的声光Q开关1***腔内，采用布拉格衍射垂直入射方式，用于产生重频激光输出；两个声光Q开关1各连接一个信号发生器5，信号发生器5用于精确控制声光Q开关1的工作状态，从而控制振荡激光束在腔内往返振荡情况。该方案中，采用延迟控制器6连接两个声光Q开关1，用于精确控制每个声光Q开关1的打开和关断状态，使两个声光Q开关间隔的打开和关断，从而实现输出激光的重复频率加倍。
如图3所示，给出了本发明在另一种技术方案。该实施例中两个声光Q开关1通过一个同步触发器7来控制，保证精确控制两个声光Q开关1处于同时的打开和关断状态，实现在高增益的情况下对CO2振荡激光的有效关断，从而获得高重复频率、窄脉冲宽度激光输出。

Claims (4)

1.双声光调QCO2激光器，其特征是，凹面全反镜（2）、声光Q开关（1）、激光管（3）、另一声光Q开关（1）和输出镜（4）依次同轴放置；凹面全反镜（2）和输出镜（4）组成激光谐振腔；激光管（3）用于产生激光振荡；两个声光Q开关（1）***激光谐振腔内，采用布拉格衍射垂直入射方式；两个声光Q开关（1）各连接一个信号发生器（5），信号发生器（5）用于精确控制声光Q开关（1）的工作状态；延迟控制器（6）分别连接两个声光Q开关（1），用于精确控制声光Q开关（1）的打开和关断时间，使两个声光Q开关间隔打开和关断，实现输出激光的重频加倍。
2.根据权利要求1所述的双声光调QCO2激光器，其特征是，激光管（3）内充入比例1：3：8：30的Xe气、CO2气体、He气和H2气，总气压30托。
3.根据权利要求1所述的双声光调QCO2激光器，其特征是，所述输出镜（4）是对CO2激光部分透过的平面镜，其材料为ZnSe。
4.根据权利要求1所述的双声光调QCO2激光器，其特征是，两个声光Q开关（1）通过同步触发器（7）来控制，保证精确控制两个声光Q开关（1）处于同时的打开和关断状态，实现高重频、窄脉宽激光输出。
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