專利名稱：：用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)q激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及激光
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體為用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器。
背景技術(shù)：
：脈沖激光在工業(yè)加工、激光雷達(dá)、遠(yuǎn)程傳感、非線性頻率變換等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。尤其是高重復(fù)頻率、高峰值功率、窄脈寬和緊湊型的脈沖激光器被應(yīng)用于很多方面，如激光微加工、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)學(xué)診斷等。目前，被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)是比較常用的產(chǎn)生高重復(fù)頻率、高峰值功率激光脈沖輸出的最有效的方法之一，因此被廣泛采用。被動(dòng)調(diào)Q激光器只需在腔內(nèi)插入可飽和吸收體，無(wú)需外部驅(qū)動(dòng)源控制，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低等優(yōu)點(diǎn)，但采用被動(dòng)調(diào)Q技術(shù)的脈沖激光器在工業(yè)及軍事應(yīng)用中通常存在以下問(wèn)題一、被動(dòng)調(diào)Q激光器一般在閾值附近具有較高幅度穩(wěn)定性和重復(fù)頻率穩(wěn)定性，但隨著重復(fù)頻率的提高，由于泵浦功率不穩(wěn)定，導(dǎo)致輸出脈沖幅度穩(wěn)定性和重復(fù)頻率穩(wěn)定性大幅度降低(W.J.Mandeville,K.M.Dinndorf,et.al,CharacterizationofpassivelyQ—switchedmicrochiplasersforlaserradar,ProceedingsofSPIEjVol.2748，358-366);二、被動(dòng)調(diào)Q激光器中由于可飽和吸收體的各向異性吸收特性，導(dǎo)致兩個(gè)正交偏振的脈沖信號(hào)隨機(jī)輸出，不利于激光器穩(wěn)定工作，極大限制了被動(dòng)調(diào)Q激光器的廣泛應(yīng)用(Y.Wang,M.GongjP.Yanjetal.StablepolarizationshortpulsepassivelyQ-switchedmonolithicmicrochiplaserwith[110]cutCr4+:YAG[J].LaserPhys.Lett,2009，6(11)，788-790;R.BhandariandT.Taira,“MegawattlevelUVoutputfrom[110]Cr4+:YAGpassivelyQ-switchedmicrochiplaser,”O(jiān)pt.Expressl9(23),22510-22514(2011)·)。根據(jù)發(fā)明人的技術(shù)調(diào)研，針對(duì)被動(dòng)調(diào)Q激光器存在的第一個(gè)問(wèn)題，即輸出幅度不穩(wěn)定和重復(fù)頻率不穩(wěn)定，已有文獻(xiàn)資料報(bào)道通過(guò)增益預(yù)泵浦技術(shù)可以在很大程度上提高輸出脈沖的幅度穩(wěn)定度和重復(fù)頻率穩(wěn)定度(詳見以下資料:WeiyuWang,MaliGong,etal.PulsecontrolofpassivelyQ-switchedmicrochiplaserwithCWpumpingmodulation,ProceedingsofSPIEjVol.3899，455-460;中國(guó)專利，公開號(hào)CN1265528A，獲得穩(wěn)定被動(dòng)調(diào)Q激光器的增益預(yù)泵浦方法)；針對(duì)被動(dòng)調(diào)Q激光器存在的第二個(gè)問(wèn)題，即輸出偏振方向不穩(wěn)定，已有文獻(xiàn)資料報(bào)道通過(guò)改變可飽和吸收體的切割方向從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定偏振的調(diào)Q脈沖激光輸出(H.Sakai,A.SonejH.KanjandT.Tairajin:TechnicalDigestofthe20thAnniversaryMeetingAdvancedSolid-StatePhotonics,InclineVillage,NVjUSA，January29-February1，2006(ASSP2006)，paperMD2.；Y.Wang,M.Gong,P.Yanjetal.StablepolarizationshortpulsepassivelyQ-switchedmonolithicmicrochiplaserwith[110]cutCr4+:YAG[J].LaserPhys.Lett,2009，6(11)，788-790;R.BhandariandT.Taira,“MegawattlevelUVoutputfrom[110]Cr4+:YAGpassivelyQ-switchedmicrochiplaser,”O(jiān)pt.Expressl9(23),22510-22514(2011).)。以上均不涉及利用增益預(yù)泵浦技術(shù)及偏振泵浦技術(shù)同時(shí)解決被動(dòng)調(diào)Q激光器中輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題，包括幅度不穩(wěn)定、重復(fù)頻率不穩(wěn)定和偏振方向不穩(wěn)定的問(wèn)題。本發(fā)明采用偏振光泵浦，同時(shí)采用增益預(yù)泵浦技術(shù)獲得調(diào)Q激光器的穩(wěn)定輸出，具有低成本、簡(jiǎn)單有效、適用范圍廣、工作穩(wěn)定可靠的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器，該激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單有效、工作穩(wěn)定可靠、實(shí)用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明特征在于，至少包含泵浦源、泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、可飽和吸收體、腔鏡，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光器，所發(fā)出的泵浦光為線偏振光，可直接或通過(guò)耦合透鏡后入射到激光增益介質(zhì)中，泵浦源的發(fā)射譜與激光增益介質(zhì)的吸收譜匹配；增益預(yù)泵浦技術(shù)通過(guò)泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；激光增益介質(zhì)產(chǎn)生激光輸出；所述激光增益介質(zhì)和可飽和吸收體為兩塊分立的晶體，或者通過(guò)工藝結(jié)合成一種復(fù)合晶體，其結(jié)合工藝采用擴(kuò)散鍵合、液相外延、氣相外延、金屬有機(jī)氣相沉積四種工藝之一，或在激光增益介質(zhì)中同時(shí)摻入激光增益離子和可飽和吸收離子，構(gòu)成自飽和吸收的激光介質(zhì)；所述腔鏡包括一個(gè)后腔鏡和一個(gè)耦合輸出鏡；后腔鏡為鍍有對(duì)泵浦源發(fā)射波長(zhǎng)增透并對(duì)激光增益介質(zhì)發(fā)射的激光波長(zhǎng)高反的光學(xué)膜，其高反膜的反射率大于99%;耦合輸出鏡鍍有對(duì)激光波長(zhǎng)部分透過(guò)的光學(xué)膜。所述泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)首先在激光輸出之前，施加一個(gè)低于激光泵浦閾值的預(yù)泵浦電流，進(jìn)行反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累，在預(yù)泵浦之后，疊加高于泵浦閾值的脈沖泵浦電流導(dǎo)致輸出激光，如此循環(huán)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。所述后腔鏡以光學(xué)介質(zhì)膜的形式鍍?cè)诩す庠鲆娼橘|(zhì)面向泵浦源的端面上，對(duì)泵浦光增透，對(duì)激光波長(zhǎng)高反射，其高反膜的反射率大于99%，該激光增益介質(zhì)面向輸出的通光面上鍍有對(duì)激光波長(zhǎng)增透的光學(xué)膜。所述激光器采用包括直腔、折疊腔、環(huán)形腔在內(nèi)的各種腔型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和突出性效果本發(fā)明提出的通過(guò)采用偏振光泵浦和增益預(yù)泵浦技術(shù)，從而用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器，具有簡(jiǎn)單有效、實(shí)用性強(qiáng)、適用范圍廣、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)工業(yè)及軍事應(yīng)用中存在的輸出幅度不穩(wěn)定、重復(fù)頻率不穩(wěn)定和輸出偏振方向不穩(wěn)定的問(wèn)題。圖I為本發(fā)明提供的用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器第一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提供的用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖廣圖2中，I一半導(dǎo)體激光器，2—泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，3—耦合透鏡，4一后腔鏡，5—激光增益介質(zhì)，6—可飽和吸收體，7—稱合輸出鏡。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖I對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明圖I為本發(fā)明提供的用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器的第一個(gè)實(shí)施例。本發(fā)明的思想可以應(yīng)用于各種腔型的激光器，如直腔、折疊腔等；所述激光增益介質(zhì)和可飽和吸收體為兩塊分立的晶體，或者通過(guò)工藝結(jié)合成一種復(fù)合晶體，其結(jié)合工藝采用擴(kuò)散鍵合、液相外延、氣相外延、金屬有機(jī)氣相沉積四種工藝之一，或在激光增益介質(zhì)中同時(shí)摻入激光增益離子和可飽和吸收離子，構(gòu)成自飽和吸收的激光介質(zhì)。這里選用直腔、增益介質(zhì)和可飽和吸收體擴(kuò)散鍵合為一體的復(fù)合晶體作為本發(fā)明的一個(gè)方便說(shuō)明的實(shí)施例。第一個(gè)實(shí)施例中采用半導(dǎo)體激光器I作為泵浦源，通過(guò)泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2進(jìn)行增益預(yù)泵浦，所發(fā)射的泵浦光為線偏振光，通過(guò)耦合透鏡3聚焦后入射到激光增益介質(zhì)5中。半導(dǎo)體激光器I的發(fā)射譜與增益介質(zhì)5的吸收譜匹配。后腔鏡4對(duì)泵浦光增透，對(duì)激光高反，其高反膜的反射率大于99%。在該實(shí)施例中后腔鏡4以光學(xué)介質(zhì)膜的形式鍍?cè)谠鲆娼橘|(zhì)4面向泵浦的端面上。激光增益介質(zhì)5為可以產(chǎn)生激光輸出的、且可飽和吸收體6對(duì)其發(fā)射波長(zhǎng)具有可飽和吸收特性的固態(tài)激光工作物質(zhì)，如Nd:YAG、NdiYVO4,Nd:glass等。激光增益介質(zhì)5面向輸出的通光面上鍍有對(duì)激光波長(zhǎng)增透的光學(xué)膜。耦合輸出鏡7鍍有對(duì)激光波長(zhǎng)具有一定透過(guò)率的光學(xué)膜。可飽和吸收體被廣泛應(yīng)用在被動(dòng)調(diào)Q激光器中，其吸收電偶極子具有確定的方向，這種效應(yīng)通常使激光器輸出線偏振光。在第一個(gè)實(shí)施例中，利用了可飽和吸收體的各向異性特性，采用偏振光泵浦，通過(guò)控制泵浦光的偏振特性使沿可飽和吸收體中吸收電偶極子的方向優(yōu)先吸收泵浦光，增強(qiáng)了各向異性吸收損耗，從而使激光器輸出穩(wěn)定的線偏振光，由此提高了輸出脈沖的偏振穩(wěn)定度；同時(shí)通過(guò)泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2實(shí)現(xiàn)對(duì)增益預(yù)泵浦，首先施加一個(gè)低于激光泵浦閾值的預(yù)泵浦電流，使增益介質(zhì)中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累到初始粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的閾值區(qū)域，在這個(gè)階段Q開關(guān)不會(huì)開啟，同時(shí)為下一階段Q開關(guān)的開啟積累足夠的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，強(qiáng)制在每次Q開關(guān)打開之前，使激光系統(tǒng)反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累到接近初始粒子反轉(zhuǎn)數(shù)的閾值區(qū)域，克服了可飽和吸收體反應(yīng)速度慢、剩余反轉(zhuǎn)粒子數(shù)不一致進(jìn)而引起輸出不穩(wěn)定的問(wèn)題，在預(yù)泵浦之后，通過(guò)疊加遠(yuǎn)高于泵浦閾值的泵浦脈沖電流導(dǎo)致輸出激光，之后，泵浦恢復(fù)低于閾值的預(yù)泵浦電流，為下一次調(diào)Q做好準(zhǔn)備，如此循環(huán)，進(jìn)而提高了輸出脈沖的幅度穩(wěn)定度和重復(fù)頻率穩(wěn)定度。圖2為本發(fā)明提供的用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器第二個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是，激光增益介質(zhì)5和可飽和吸收體6為分立的兩塊晶體，其實(shí)施原理與本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例基本相同。權(quán)利要求1.用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器，其特征在于，至少包含泵浦源、泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、可飽和吸收體、腔鏡，所述泵浦源為半導(dǎo)體激光器，所發(fā)出的泵浦光為線偏振光，直接或通過(guò)耦合透鏡后入射到激光增益介質(zhì)中，泵浦源的發(fā)射譜與激光增益介質(zhì)的吸收譜匹配；增益預(yù)泵浦技術(shù)通過(guò)泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；激光增益介質(zhì)產(chǎn)生激光輸出；所述激光增益介質(zhì)和可飽和吸收體為兩塊分立的晶體，或者通過(guò)工藝結(jié)合成一種復(fù)合晶體，其結(jié)合工藝采用擴(kuò)散鍵合、液相外延、氣相外延、金屬有機(jī)氣相沉積四種工藝之一，或在激光增益介質(zhì)中同時(shí)摻入激光增益離子和可飽和吸收離子，構(gòu)成自飽和吸收的激光介質(zhì)；所述腔鏡包括一個(gè)后腔鏡和一個(gè)耦合輸出鏡；后腔鏡為鍍有對(duì)泵浦源發(fā)射波長(zhǎng)增透并對(duì)激光增益介質(zhì)發(fā)射的激光波長(zhǎng)高反的光學(xué)膜，其高反膜的反射率大于99%;耦合輸出鏡鍍有對(duì)激光波長(zhǎng)部分透過(guò)的光學(xué)膜。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器，其特征在于，所述泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)首先在激光輸出之前，施加一個(gè)低于激光泵浦閾值的預(yù)泵浦電流，進(jìn)行反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累，在預(yù)泵浦之后，疊加高于泵浦閾值的脈沖泵浦電流導(dǎo)致輸出激光，如此循環(huán)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器，其特征在于，所述激光器為直腔、折疊腔或環(huán)形腔。全文摘要本發(fā)明涉及用于提高輸出穩(wěn)定性的調(diào)Q激光器，屬于激光
技術(shù)領(lǐng)域：
。該激光器至少包括泵浦源、泵浦驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、激光增益介質(zhì)、可飽和吸收器件、腔鏡。通過(guò)采用偏振光泵浦和增益預(yù)泵浦技術(shù)提高輸出脈沖穩(wěn)定性，包括偏振特性穩(wěn)定性、幅度穩(wěn)定性和重復(fù)頻率穩(wěn)定性。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單有效、易于調(diào)節(jié)、工作穩(wěn)定可靠、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)，解決了傳統(tǒng)調(diào)Q激光器輸出偏振方向不穩(wěn)定，隨著重復(fù)頻率的提高，輸出脈沖幅度穩(wěn)定性和重復(fù)頻率穩(wěn)定性下降的問(wèn)題。文檔編號(hào)H01S3/11GK102882111SQ201210387950公開日2013年1月16日申請(qǐng)日期2012年10月14日優(yōu)先權(quán)日2012年10月14日發(fā)明者李強(qiáng),蘇艷麗,羅旭,雷訇,惠勇凌,姜夢(mèng)華申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)