CN1801548A - 腔倒空激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种腔倒空激光器。其包括普克尔盒，该普克尔盒的电极上接有高压脉冲电路和半导体光电导开关。本发明解决了背景技术中存在的能量损失大、电路结构复杂、稳定性差、***体积大且工作条件要求高的技术问题。

Description

腔倒空激光器
一、技术领域
本发明涉及一种腔倒空激光器。
二、背景技术
几个纳秒到亚纳秒的激光脉冲介于调Q激光脉冲(典型脉宽为10～100多个ns)和锁模激光脉冲(1～几十ps)之间。这种激光脉冲可以应用在激光测距、脉冲荧光测量，短脉冲传播和放大的研究，光学损伤的研究，激光核聚变和光学参量啁啾脉冲放大技术的研究等。产生这种激光脉冲的技术主要有削波技术和腔倒空技术这两种。
由于削波技术是利用快速高压电脉冲信号控制电光器件，在一个长的激光脉冲波形上截取出一小段的波形，从而产生一个比原来激光脉冲脉宽要窄的激光脉冲。因此，这种技术不可避免的产生以下的缺点：
1、能量损失大。由于所产生的截取得激光窄脉冲只是原来激光脉冲的一小部分能量，因此能量损失大。
2、电路结构复杂。要想产生脉宽多窄的激光脉冲，必须要有相应脉宽的(或者是相应的上升沿和下降沿)高压电脉冲信号与之相匹配，如：要产生1ns的激光脉冲，就必须要用脉宽为1ns的高压脉冲信号来驱动电光器件。因此对高压脉冲电路的要求特别高，从而造成电路的结构复杂，成本增加。
3、稳定性差。由于高压电脉冲的稳定性很难做高，特别是上升沿或者下降沿的时间晃动比较大，因此容易造成产生的激光脉冲稳定性差。
4、***体积大。由于削波技术是激光振荡器产生的激光脉冲进行整形的一种技术，必须在激光振荡器外部加削波光路，易造成***体积大。
腔倒空技术是产生几个纳秒到亚纳秒激光脉冲的有效方法。其基本原理是：先让激光在前、后腔镜均为全反镜的谐振腔内建立激光振荡，当腔内的激光功率密度达到最大值时，通过一个快速的高压电脉冲控制腔内的电光器件迅速将腔内的激光能量全部辐射输出到腔外，这就能得到一个最窄脉宽为2L/c(L为腔长；c为光速)的激光脉冲。目前常用的方法是利用两路火花隙、闸流管或者雪崩晶体管串产生快速的高压电脉冲控制电光器件实现腔倒空，其中一路通过控制腔内的电光器件控制腔内的损耗大小，使激光在腔内建立振荡，另一路则在谐振腔内的功率密度达到最大时通过控制腔内的电光器件将谐振腔内的全部激光能量耦合输出到腔外。用这种方式实现腔倒空存在以下缺点：
1、工作条件要求高。目前用火花隙、闸流管和雪崩晶体管串产生的比较快的高压电脉冲前沿一般在几个纳秒，这种速度相对腔倒空的要求还是比较慢。特别是对于短腔长的激光振荡器，对高压电脉冲的速度要求更高。
2、稳定性差。由于用火花隙、闸流管和雪崩晶体管串产生的快速高压电脉冲的时间稳定性比较差，因此导致输出激光脉冲的稳定性差。
3、电路结构复杂。另外由于激光在谐振腔内开始建立振荡到输出激光脉冲这一段时间差并不是固定的，而是具有一定的时间晃动，用两路高压脉冲输出信号之间的时间差一般都是固定的，这就会导致输出的激光脉冲不稳定。为了使输出的激光脉冲比较稳定，必须另外加光反馈控制电路，这回导致电路结构更加复杂，且影响高压脉冲电路的速度。
三、发明内容
本发明解决了背景技术中存在的能量损失大、电路结构复杂、稳定性差、***体积大且工作条件要求高的技术问题。
本发明的技术解决方案是：本发明包括普克尔盒，其特殊之处在于：所述普克尔盒的电极上接有高压脉冲电路和半导体光电导开关。
上述高压脉冲电路和半导体光电导开关接在普克尔盒的一个电极上。
上述高压脉冲电路包括电阻R2、开关电路S1和高压电源HV1，开关电路S1的一端分别通过电阻R2接普克尔盒的电极P2和接地，另一端接高压电源HV1，半导体光电导开关的一端接普克尔盒的电极P2，另一端与电阻R2和开关电路S1的接点相接，普克尔盒的电极P1接高压电源HV2。
上所述电阻R2和开关电路S1上还并接有电阻R1和电容C。
上述高压脉冲电路和半导体光电导开关分别接在普克尔盒的两个电极上。
上述高压脉冲电路包括电阻R4、开关电路S2和高压电源HV4，开关电路S2的一端分别接普克尔盒的电极P3和通过电阻R4接地，另一端接高压电源HV4，半导体光电导开关的一端分别接普克尔盒的电极P4和通过电阻R3接高压电源HV3，另一端接地。
上述开关电路为雪崩晶体管开关电路、大功率MOS管开关电路、闸流管开关电路或火花熄开关电路。
本发明采用耐高压、高速响应，无晃动的半导体光电导开关结合高压脉冲电路，控制谐振腔内的电光晶体以达到调节腔内损耗，从而实现腔倒空。高压脉冲电路产生的高压脉冲信号控制谐振腔内激光振荡的建立，而半导体光电导开关则负责将存储在谐振腔内的激光能量全部倒空，输出到腔外。由于半导体光电导开关可以耐高压，因此完全可以输出幅值满足要求的高压脉冲信号，有效控制电光晶体。而且半导体光电导开关的响应速度十分快，最快的可以达到几个皮秒，该开关速度远远超过上面所提到的器件速度。由于半导体光电导开关是利用光触发开关工作的，因此光电导开关能动态反馈光信号，使得输出的激光脉冲十分稳定，能大大提高几个纳秒到亚纳秒激光器的应用前景。因此本发明具有以下的优点：
1、电路简单。由于本发明仅仅用了一个半导体光电导开关就可以完全代替控制耦合输出激光的那一路高压脉冲电路和反馈控制电路，从而大大简化电路结构，提高了电路的可靠性；
2、稳定性高。由于本发明采用的半导体光电导开关具有超快的速度，使得腔倒空的效率更高，能在更短的时间内把腔内的能量迅速耦合输出，因此能得到更窄的激光脉冲；
3、体积小。由于半导体光电导开关的体积很小，因此可以有效减少电路的体积。
四、附图说明
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一结构的腔倒空激光脉冲建立的时序图；
图3为本发明实施例二的结构示意图。
五、具体实施方式
参见图1，本发明包括普克尔盒3、后腔镜2、偏振片4和前腔镜5，普克尔盒3的电极P2上接有高压脉冲电路6和半导体光电导开关1，高压脉冲电路6包括电阻R2、开关电路S1和高压电源HV1，开关电路S1的一端分别通过电阻R2接普克尔盒的电极P2和接地，另一端接高压电源HV1，半导体光电导开关的一端接普克尔盒的电极P2，另一端与电阻R2和开关电路S1的接点相接，普克尔盒的电极P1接高压电源HV2，电阻R2和开关电路S1上还并接有电阻R1和电容C。
参见图2，普克尔盒3的电极P1一直加着负1/4波长电压。在泵浦源开始泵浦激光工作物质时，谐振腔一直处于高损耗状态，激光无法在谐振腔内建立振荡。直到t1时刻，上能级反转粒子数达到最大时，开关电路S1闭合，迅速给普克尔盒的电极P2加上一个负1/4波长电压，此时普克尔盒3两个电极的电势差为0，这时腔内的损耗迅速由高损耗变为低损耗，激光开始在腔内起振。在t2时刻，腔内的光子数接近于最大值，这时用后腔镜2的漏光触发与电阻R2并联的半导体光电导开关1迅速把普克尔盒3的电极P2的负1/4波长电压退掉，电极P2的电压变为零，普克尔盒3两端的电极电势差为1/4波长电压，谐振腔处于高损耗状态，线偏振光从前腔镜5经过偏振片4，再经过普克尔盒3变成圆偏振光，产生π/2的相位差，经过后腔镜2的反射，圆偏振光再次经过普克尔盒3，变成线偏振光，又产生π/2的相位差，此时偏振光两次经过普克尔盒3，产生π的相位差，其偏振方向旋转了90°，正好和偏振片4的偏振方向垂直，所以激光在腔内经过一个来回，从偏振片4的侧面输出一个脉宽略大于2L/c的激光脉冲。
参见图3，本发明的另一种电路结构为高压脉冲电路6和半导体光电导开关1分别接在普克尔盒3的两个电极P3和P4上，高压脉冲电路6包括电阻R4、开关电路S2和高压电源HV4，开关电路S2的一端分别接普克尔盒的电极P3和通过电阻R4接地，另一端接高压电源HV4，半导体光电导开关的一端分别接普克尔盒的电极P4和通过电阻R3接高压电源HV3，另一端接地。其工作原理同上。

Claims (7)

1、一种腔倒空激光器，包括普克尔盒，其特征在于：所述普克尔盒的电极上接有高压脉冲电路和半导体光电导开关。
2、根据权利要求1所述的腔倒空激光器，其特征在于：所述高压脉冲电路和半导体光电导开关接在普克尔盒的一个电极上。
3、根据权利要求2所述的腔倒空激光器，其特征在于：所述高压脉冲电路包括电阻R2、开关电路S1和高压电源HV1，所述开关电路S1的一端分别通过电阻R2接普克尔盒的电极P2和接地，另一端接高压电源HV1，所述半导体光电导开关的一端接普克尔盒的电极P2，另一端与电阻R2和开关电路S1的接点相接，所述普克尔盒的电极P1接高压电源HV2。
4、根据权利要求3所述的腔倒空激光器，其特征在于：所述电阻R2和开关电路S1上还并接有电阻R1和电容C。
5、根据权利要求1所述的腔倒空激光器，其特征在于：所述高压脉冲电路和半导体光电导开关分别接在普克尔盒的两个电极上。
6、根据权利要求5所述的腔倒空激光器，其特征在于：所述高压脉冲电路包括电阻R4、开关电路S2和高压电源HV4，所述开关电路S2的一端分别接普克尔盒的电极P3和通过电阻R4接地，另一端接高压电源HV4，所述半导体光电导开关的一端分别接普克尔盒的电极P4和通过电阻R3接高压电源HV3，另一端接地。
7、根据权利要求3或6所述的腔倒空激光器，其特征在于：所述开关电路为雪崩晶体管开关电路、大功率MOS管开关电路、闸流管开关电路或火花熄开关电路。
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