專利名稱：一種基于周期極化晶體實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)q的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種固體激光器電光調(diào)Q方法，特別是一種采用周期極化晶體作為電光Q開關(guān)的高重頻電光調(diào)Q方法。
背景技術(shù)：
調(diào)Q技術(shù)是實(shí)現(xiàn)壓縮輸出激光脈沖寬度、提高峰值功率的有效手段，根據(jù)不同的調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行劃分，主要有電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q和被動調(diào)Q。高重復(fù)頻率調(diào)Q固體激光器在工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、軍事、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，目前商業(yè)上較為成熟的高重復(fù)頻率調(diào)Q固體激光器大多使用聲光或被動調(diào)Q技術(shù)，其輸出脈沖激光重復(fù)頻率典型值為千赫茲到百千赫茲。但這兩種Q開關(guān)技術(shù)都存在明顯的不足，即被動Q開關(guān)可以獲得窄脈沖，但其輸出穩(wěn)定性差，且輸出激光脈沖重頻難以實(shí)現(xiàn)精確控制。聲光Q開關(guān)盡管很好地解決了重頻精確控制問題，但其開關(guān)速度較慢，所得的脈沖脈寬較大，典型值在幾十納秒到上百納秒。利用非線性晶體的電光效應(yīng)制成的電光Q開關(guān)，不僅具有很強(qiáng)的關(guān)通能力，而且響應(yīng)速度達(dá)到納秒甚至亞納秒量級，很容易獲得十納秒以下的穩(wěn)定脈沖輸出。但傳統(tǒng)電光調(diào)Q由于非線性晶體本身電導(dǎo)率值、電光系數(shù)、壓電效應(yīng)等因素的制約，需要對晶體加載很高的電壓才能實(shí)現(xiàn)調(diào)Q效果，例如KD*P晶體需要大于4000伏，LiNbO3晶體需要大于 2000伏，小尺寸的RTP晶體也需要幾百伏，高電壓嚴(yán)重限制了電光Q開關(guān)的關(guān)通速度，使得其重復(fù)頻率難以得到有效提高，這也是阻礙高重頻電光調(diào)Q技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的主要瓶頸問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種加載電壓較低、結(jié)構(gòu)簡單、緊湊的基于周期極化晶體作為電光Q開關(guān)實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種基于周期極化晶體實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q的方法，它至少包括構(gòu)成激光器的泵浦源、耦合系統(tǒng)、諧振腔，諧振腔包括激光介質(zhì)、輸出鏡， 其中在激光介質(zhì)和輸出境之間放置兩個同向偏振片，兩個偏振片之間設(shè)有周期極化晶體， 在周期極化晶體側(cè)表面固定有均勻的平面電極，并與提供其脈沖驅(qū)動信號的高重頻退壓式 Q開關(guān)電源相連接。本發(fā)明的工作原理是泵浦源通過光學(xué)耦合系統(tǒng)將泵浦光注入激光介質(zhì)，產(chǎn)生的連續(xù)振蕩激光經(jīng)由第一個偏振片變?yōu)榕c該偏振片偏振方向相同的線偏振光，通過退壓式Q 開關(guān)電源對周期極化晶體加載電壓，使得該晶體每個電疇區(qū)域的晶軸方向恰好偏轉(zhuǎn)到能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩激光索科(以下簡稱Sole)濾波的方位角度Θ，這時振蕩激光經(jīng)過周期極化晶體后偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，無法通過第二個同向偏振片形成振蕩，導(dǎo)致激光介質(zhì)上能級粒子數(shù)積累，實(shí)現(xiàn)能量儲存；當(dāng)瞬時退去加載的電壓，諧振腔迅速起振，激光介質(zhì)中的上能級粒子短時間內(nèi)集中受激躍遷，儲存的能量迅速釋放，形成激光脈沖輸出。
所述的Solc濾波是一種基于偏振光原理的光譜濾波，傳統(tǒng)的折疊型Solc濾波器是由兩塊正交偏振片中間夾有一系列方位角為Θ并按土 Θ交錯排列的半波片構(gòu)成，如圖I 所示。當(dāng)某一特定波長的光波通過該濾波器時，它將入射光波的偏振方向繞晶體主軸旋轉(zhuǎn)一定的角度，這個角度為入射前光波與主軸夾角的二倍。由于半波片的巧妙放置，光波經(jīng)過 N個半波片后其偏振方向被旋轉(zhuǎn)了 2ΝΘ的角度，當(dāng)N與Θ滿足下式時
權(quán)利要求
1.一種基于周期極化晶體實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q的方法，它至少包括構(gòu)成激光器的泵浦源(I)、耦合系統(tǒng)(2)、諧振腔，諧振腔包括激光介質(zhì)(3)、輸出鏡(8)，其中在激光介質(zhì)和輸出境之間放置兩個同向偏振片(4) (7)，兩個偏振片之間設(shè)有周期極化晶體 (6)，在周期極化晶體(6)側(cè)表面固定有均勻的平面電極，并與高重頻退壓式Q開關(guān)電源(5) 相連接，其特征是泵浦源(I)通過光學(xué)耦合系統(tǒng)(2)將泵浦光注入激光介質(zhì)(3)，產(chǎn)生的連續(xù)振蕩激光經(jīng)由第一個偏振片(4)變?yōu)榕c該偏振片偏振方向相同的線偏振光，通過退壓式Q開關(guān)電源(5)對周期極化晶體(6)加載電壓，使得該晶體每個電疇區(qū)域的晶軸方向恰好偏轉(zhuǎn)到能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩激光索科(以下簡稱Sole)濾波的方位角度Θ，這時振蕩激光經(jīng)過周期極化晶體(6)后偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，無法通過第二個同向偏振片(7)形成振蕩，導(dǎo)致激光介質(zhì)上能級粒子數(shù)積累，實(shí)現(xiàn)能量儲存；當(dāng)瞬時退去加載的電壓，諧振腔迅速起振，激光介質(zhì)中的上能級粒子短時間內(nèi)集中受激躍遷，儲存的能量迅速釋放，形成激光脈沖輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于周期極化晶體實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q的方法，其特征是所述的周期性極化晶體(6)為單疇鈮酸鋰、單疇鉭酸鋰或單疇鐵電晶體其中之一 O
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于周期極化晶體實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q的方法，其特征是所述的周期性極化晶體(6)結(jié)構(gòu)參數(shù)及其制作方法具體如下①根據(jù)振蕩激光波長λ0,晶體周期Λ及單電疇寬度d由下式?jīng)Q定Λ = =--—，式中η。為振蕩激光在周期極化晶體￠)中的尋常光折射率，為振蕩激光在周期極化晶體(6)中的非尋常光折射率。②根據(jù)振蕩激光主峰半極大值全帶寬△λ 1/2，單電疇寬度d，所需布設(shè)的總電疇數(shù)N及周期極化晶體(6)的總長度L由下兩式?jīng)Q定N = L6Q-r——^-，(2v +1)· AAyL = N · d,式中為非負(fù)整數(shù)，視所用周期極化晶體(6)可加工長度而定。③根據(jù)計(jì)算得到的周期性極化晶體(6)結(jié)構(gòu)參數(shù)，用光刻技術(shù)在總長度為L的晶體+Z 面制作金屬格柵正電極，-Z面制作平面負(fù)電極，每個格柵的寬度為單電疇寬度d，高壓矩形電脈沖施加于上下電極間，在有正負(fù)電極的疇區(qū)域，利用高壓電場克服晶體內(nèi)部的矯頑電場使該電疇的自發(fā)極化方向反向，因此周期交錯分布的正疇與負(fù)疇晶軸方向相反，從而實(shí)現(xiàn)所需周期極化晶體(6)的制作。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于周期極化晶體實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q的方法，其特征是所述的振蕩激光Solc濾波的方位角度Θ由下式?jīng)Q定Θ = — ,4N所述的高重頻退壓式Q開關(guān)電源(5)對周期極化晶體(6)加載的電壓值U由下兩式?jīng)QU = E · D，全文摘要
本發(fā)明涉及一種固體激光器電光調(diào)Q方法，特別是一種采用周期極化晶體作為電光Q開關(guān)的高重頻電光調(diào)Q方法。它至少包括構(gòu)成激光器的泵浦源、耦合系統(tǒng)、諧振腔，諧振腔包括激光介質(zhì)、輸出鏡，其中在激光介質(zhì)和輸出境之間放置兩個同向偏振片，兩個偏振片之間設(shè)有周期極化晶體，其特征是通過退壓式Q開關(guān)電源對周期極化晶體加載電壓，使得該晶體每個電疇區(qū)域的晶軸方向恰好偏轉(zhuǎn)到能夠?qū)崿F(xiàn)振蕩激光索科濾波的方位角度θ，這時振蕩激光經(jīng)過周期極化晶體后偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，無法通過第二個同向偏振片形成振蕩，導(dǎo)致激光介質(zhì)上能級粒子數(shù)積累，當(dāng)瞬時退去加載的電壓，諧振腔迅速起振，形成激光脈沖輸出。本發(fā)明所需要的加載電壓較低，易于實(shí)現(xiàn)固體激光器高重頻電光調(diào)Q運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號H01S3/11GK102593705SQ201210052330
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月2日
發(fā)明者于永吉, 吳春婷, 王超, 金光勇, 陳薪羽 申請人:長春理工大學(xué)