CN206976788U - 一种振镜调q的二氧化碳激光器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种振镜调Q的二氧化碳激光器装置，包括：全反镜、CO2激光管、振镜***、以及输出镜，其全反镜和输出镜共同组成激光谐振腔，在全反镜至输出镜的激光传输光路上依次布置有CO2激光管和振镜***。本实用新型提供2个或2个以上振镜，通过多个振镜产生相对运动，使得整个***的偏摆速度相对于采用1个振镜会成倍提高，激光脉宽也就会更窄，相应的，激光的峰值功率也就会更高，更有利于实际应用，即实现窄脉冲CO2激光输出，并且提供一种激光脉冲可编码的方法。
Description
技术领域
本实用新型属于激光技术领域，更具体地，涉及一种振镜调Q的CO2激光器装置。
背景技术
CO2激光器可产生9～11μm的激光输出，此波段处于光束传输的大气窗口，因此在激光测距、测速、成像雷达、环境探测、空间通讯等领域具有广阔的应用前景。为满足实际应用中对高峰值功率的需求，CO2激光器需要以脉冲方式工作。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、声光调Q和机械调Q三种方式。
电光调Q是在腔内放置起偏器及电光晶体，利用晶体的普克尔效应，实现超短脉冲输出。CO2激光器的电光调Q晶体主要是CdTe，调制频率可达到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。
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，脉冲重复频率高，输出稳定。但声光晶体较大的吸收系数使得腔内损耗严重并导致激光器运转困难，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，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。
机械调Q通常是利用***谐振腔内高速旋转的斩光盘或转镜实现的，此方法的优点是结构简单，成本低。相对声光调Q和电光调Q使用了晶体，机械调Q能够承受更高的功率，脉冲峰值功率可达kW级。但机械调Q由于受斩光盘或转镜转速限制，脉宽较大，且无法实现激光脉冲编码。同时，如果采用光闸开关来控制激光输出时，光闸打开或者关闭比较慢，从而限制激光脉冲的输出效率，影响实际使用。此外，机械调Q转镜法和机械斩波法，都各自有自己的局限性。对于转镜法，由于带动镜片的马达转速的局限性，调Q的结果是重复频率比较低。对于机械斩波法，虽然它可以获得比较高的重复频率，但需要在谐振腔里***一个斩波器，并且一般情况下还需要透镜来聚焦光斑，这不利于激光器小型紧凑化的发展。
实用新型内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种振镜调Q的CO2激光器装置，其目的在于实现窄脉冲CO2激光输出，同时提供一种激光脉冲可编码的方法，由此解决现有调Q装置的结构复杂、成本高、效率低、且无法实现脉冲编码的技术问题。
为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种振镜调Q的CO2激光器装置，其特征在于，包括：全反镜、CO2激光管、振镜***、以及输出镜，其中：在所述全反镜至输出镜的激光传输光路上依次布置有所述CO2激光管和振镜***；
所述振镜***包括2个或2个以上振镜，通过所述振镜的相对运动，来调节该CO2激光器装置的品质因数，并用于窄脉冲CO2激光输出和激光脉冲编码。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其振镜的相对运动为周期性偏摆运动。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其振镜偏摆频率相同。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其振镜偏摆频率为100Hz～2.5kHz。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其振镜摆动幅度小于等于10°。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其振镜***中相邻振镜中心距离为10mm～30mm。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其全反镜为平面全反镜。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其全反镜反射率大于等于90％。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其输出镜为平面透反镜。
优选地，所述的振镜调Q的CO2激光器装置，其输出镜透过率为10％～70％。
总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，由于提供一种振镜调Q的CO2激光器装置，具有以下有益效果：
(1)、本实用新型提供的振镜调Q的CO2激光器装置，通过在激光器谐振腔内，***2个或2个以上振镜，用以控制腔内激光光路，通过控制振镜的高速偏摆调Q，以实现激光的窄脉冲编码输出。相对于转镜发和机械斩波法，振镜可以在几百微秒内迅速开关激光，从而达到激光脉冲编码的目的；
(2)、本实用新型提供的振镜调Q的CO2激光器装置，通过在激光器谐振腔内，***2个或2个以上振镜，多个振镜会以同一频率产生相对运动，整个***的偏摆速度相对于采用1个振镜调Q的CO2激光器装置会成倍提高，激光脉宽也就会更窄，约为100ns，相应的，激光的峰值功率也就会更高，越有利于其实际应用；
(3)、本实用新型提供的振镜调Q的CO2激光器装置，通过在激光器谐振腔内，***2个或2个以上振镜，用以控制腔内激光光路，通过控制振镜的高速偏摆调Q，相对于现有技术而言，无需***斩波器，透镜等元件，降低了激光器的成本，而且使得激光器的结构更为紧凑，实现了激光器的小型化和紧凑化；
(4)、本实用新型提供的振镜调Q的CO2激光器装置，由于振镜摆动幅度很小，振镜可以更加贴近CO2激光管出口，进一步提高了激光器的小型化和紧凑化，并且谐振腔的损耗更小，提高了输出激光的品质。
附图说明
图1是本实用新型的整体示意图；
图2是振镜***偏摆调Q示意图；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1－全反镜，2－CO2激光管，3－振镜***，4－输出镜。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本实用新型提供了一种振镜调Q的CO2激光器装置，包括全反镜1、CO2激光管2、振镜***3和输出镜4，其中：
所述全反镜1和输出镜4共同组成激光谐振腔，用于控制激光在全反镜1和输出镜4之间来回振荡。
在所述全反镜1至输出镜4的激光传输光路上依次布置有所述CO2激光管2和振镜***3，所述CO2激光管2位于激光谐振腔内，主要用于发送激光信号；所述振镜***3位于所述CO2激光管2与输出镜4之间，紧邻所述CO2激光管2输出口；所述振镜***3包括2个或2个以上振镜，通过振镜的周期性偏摆运动，来调节该CO2激光器装置的品质因数，从而实现窄脉冲CO2激光输出和激光脉冲编码。
在实际生产中，可以利用本实用新型所提供的振镜调Q的CO2激光器装置进行品质因子的调节，从而实现窄脉冲CO2激光输出和激光脉冲编码。具体地，可采用如下技术方案：
(1)在激光器谐振腔内***振镜***3，控制振镜使激光反射到输出镜4以外的位置；
(2)转动振镜***3，使谐振腔内激光能在全反镜1和输出镜4之间来回振荡，输出激光；
(3)继续转动振镜***3，使谐振腔内激光偏离输出镜4，此时不输出激光；
(4)控制振镜***3依次重复上述步骤(2)、(3)，即可控制脉冲激光输出。
以下结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，整个激光器由全反镜1、CO2激光管2、振镜***3和输出镜4组成。全反镜1和输出镜4组成激光谐振腔，振镜***3由2个振镜组成，用于激光器腔内调Q。
优选地，在本实用新型实施例中，所述全反镜1至输出镜4之间，沿着光路传输距离为1.6m；其中，所述全反镜1为平面全反镜，其反射率为95％；所述输出镜4为平面透反镜，其透过率为30％。
优选地，在本实用新型实施例中，所述振镜***3中所有振镜偏摆频率为2.5kHz，偏摆幅度为1°；相邻的两个振镜中心距离为10mm；其中，相邻振镜是指沿激光传输方向上相邻的振镜。
优选地，在本实用新型实施例中，所述振镜***3中第一个振镜与所述CO2激光管2输出口之间距离为0.1m；其中，振镜***3中第一个振镜为光路传播方向的第一个振镜，距离为光路距离。
优选地，在本实用新型实施例中，所述CO2激光管长度为1.2m。
具体调Q方法为：
振镜***3中的2个振镜周期性偏摆，当两个振镜偏摆到如图1中所示位置时，腔内激光能够在全反镜1和输出镜4之间来回振荡，此时，输出镜4能够输出激光。振镜继续偏摆，腔内激光经两振镜反射后，激光不能传输到输出镜4上，如图2所示。此时，品质因数Q变小，品质因数Q开关闭合，全反镜1和输出镜4不能形成谐振腔，腔内能量累计，但不输出激光。当振镜***3继续偏摆又回到到图1所示位置时，品质因数Q变大，品质因数Q开关打开，激光器再次输出激光，如此反复，从而实现激光脉冲编码。
对于脉冲激光器而言，其脉宽越窄，峰值越高，越有利于其应用。利用振镜调Q，激光脉宽主要受限于振镜偏摆速度。振镜偏摆越快，每个脉冲的激光输出时间越短，脉宽也就越窄。当振镜***3采用2个振镜时，两个振镜会产生相对运动，整个***的偏摆速度相对于采用1个振镜会成倍提高，激光脉宽也就会更窄(约为100ns)，从而实现窄脉冲激光输出；相应的，激光的峰值功率也就会更高。
当振镜***3采用多于2个振镜时，其调Q方法与采用2个振镜相同，只是脉宽会随着振镜个数增加更加变窄，同时峰值功率会更高，具体调Q方法此处不再赘述。
此装置中激光器调Q频率受振镜偏摆频率控制，所有振镜来回偏摆一次会有两个激光脉冲，因此激光脉冲频率是振镜偏摆频率两倍，典型的，如振镜偏摆频率达到2.5kHz时，激光输出脉冲频率可以达到5kHz。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，包括：全反镜、CO2激光管、振镜***、以及输出镜，其中：在所述全反镜至输出镜的激光传输光路上依次布置有所述CO2激光管和振镜***；
所述振镜***包括2个或2个以上振镜，通过所述振镜的相对运动，来调节该CO2激光器装置的品质因数，并用于窄脉冲CO2激光输出和激光脉冲编码。
2.如权利要求1所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述振镜的相对运动为周期性偏摆运动。
3.如权利要求1或2所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述振镜偏摆频率相同。
4.如权利要求1或2所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述振镜偏摆频率为100Hz～2.5kHz。
5.如权利要求1或2所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述振镜摆动幅度小于等于10°。
6.如权利要求1或2所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述振镜***中相邻振镜中心距离为10mm～30mm。
7.如权利要求1所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述全反镜为平面全反镜。
8.如权利要求1或7所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述全反镜反射率大于等于90％。
9.如权利要求1所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述输出镜为平面透反镜。
10.如权利要求1或9所述的振镜调Q的二氧化碳激光器装置，其特征在于，所述输出镜透过率为10％～70％。
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