脈沖泵浦被動調(diào)q輸出單脈沖的激光器的制造方法
【專利摘要】一種脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，包括：一脈沖泵浦源；一激光諧振腔，其是由前腔鏡和后腔鏡組成，其位于脈沖泵浦源的輸出光路上；一被動調(diào)Q元件，其位于激光諧振腔內(nèi)，位于脈沖泵浦源的輸出光路上；該激光諧振腔的前腔鏡和被動調(diào)Q元件之間包括一激光工作介質(zhì)，該激光工作介質(zhì)，是脈沖泵浦源的增益介質(zhì)；一光電傳感器，其位于激光諧振腔的后腔鏡之后，位于脈沖泵浦源的輸出光路上；一控制器，該控制器的輸入端與光電傳感器輸出端連接，該控制器的輸出端與脈沖泵浦源輸入端連接，該控制器控制脈沖泵浦源的開關(guān)工作狀態(tài)。本發(fā)明具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，可產(chǎn)生被動調(diào)Q單脈沖。
【專利說明】脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種被動調(diào)Q激光器，特別是脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器。

【背景技術(shù)】
[0002]被動調(diào)Q固體激光器，主要由脈沖泵浦源、激光工作介質(zhì)和被動調(diào)Q元件組成。脈沖泵浦源發(fā)射泵浦光，通過端面泵浦或側(cè)面泵浦的泵浦耦合系統(tǒng)照射激光工作介質(zhì)。激光工作介質(zhì)將泵浦光能量轉(zhuǎn)化為激光能量。被動調(diào)Q元件控制激光工作介質(zhì)內(nèi)能量的儲存和釋放，以產(chǎn)生激光脈沖。
[0003]被動調(diào)Q元件的基本工作原理是通過可飽和吸收來實(shí)現(xiàn)諧振腔腔內(nèi)損耗大小的變化。當(dāng)被動調(diào)Q元件未飽和時(shí)，其吸收系數(shù)比較大，因此腔內(nèi)損耗比較大，不會產(chǎn)生激光振蕩。而泵浦光的作用下激光工作介質(zhì)內(nèi)上能級粒子數(shù)積累，實(shí)現(xiàn)能量的儲存。當(dāng)被動調(diào)Q元件飽和時(shí)，其吸收系數(shù)較小，因此腔內(nèi)損耗比較小，激光振蕩快速地產(chǎn)生，激光工作介質(zhì)中儲存的能量迅速釋放，形成激光脈沖。
[0004]主動調(diào)Q固體激光器與被動調(diào)Q固體激光器的區(qū)別在于，采用損耗可由外部信號控制的主動調(diào)Q元件，電光Q開關(guān)、聲光Q開關(guān)。主動調(diào)Q元件的損耗可由外部信號控制，一定程度上便于調(diào)節(jié)。
[0005]《用于Q開關(guān)固體激光器中的首個(gè)脈沖優(yōu)化的方法以及Q開關(guān)固體激光器》(專利申請公布號CN101897087A)提出用特定的信號控制主動調(diào)Q元件的損耗，以調(diào)節(jié)脈沖特性的方法。而本專利用于被動調(diào)Q，并且通過關(guān)斷和打開泵浦電流進(jìn)行控制，而不是通過調(diào)制調(diào)Q元件的損耗。
[0006]與主動調(diào)Q相比，被動調(diào)Q結(jié)構(gòu)通常更加簡單，更易于實(shí)現(xiàn)設(shè)備的小型化。但是被動調(diào)Q元件的激光脈沖輸出通常不能由控制電路進(jìn)行主動控制，難免在一個(gè)泵浦周期中產(chǎn)生多個(gè)脈沖組成的脈沖串，進(jìn)而影響脈沖峰值功率。
[0007]這限制了被動調(diào)Q泵浦的固體激光器在需要主動控制脈沖輸出的場合的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，具有可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，可產(chǎn)生被動調(diào)Q單脈沖。
[0009]本發(fā)明提供1、一種脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，包括:
[0010]一脈沖泵浦源；
[0011]一激光諧振腔，其是由前腔鏡和后腔鏡組成，其位于脈沖泵浦源的輸出光路上；
[0012]一被動調(diào)Q元件，其位于激光諧振腔內(nèi)，位于脈沖泵浦源的輸出光路上；該激光諧振腔的前腔鏡和被動調(diào)Q元件之間包括一激光工作介質(zhì)，該激光工作介質(zhì)，是脈沖泵浦源的增益介質(zhì)；
[0013]一光電傳感器，其位于激光諧振腔的后腔鏡之后，位于脈沖泵浦源的輸出光路上；
[0014]—控制器,該控制器的輸入端與光電傳感器輸出端連接，該控制器的輸出端與脈沖泵浦源輸入端連接，該控制器控制脈沖泵浦源的開關(guān)工作狀態(tài)。
[0015]本發(fā)明的有益效果是，采用本發(fā)明的被動調(diào)Q激光器，其調(diào)Q過程可以通過泵浦電流的打開和關(guān)斷來主動進(jìn)行控制。通過本發(fā)明的方法可確保一個(gè)泵浦周期中只產(chǎn)生單個(gè)被動調(diào)Q脈沖，避免產(chǎn)生后續(xù)的脈沖串，從而實(shí)現(xiàn)更高的峰值功率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]為進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，以下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，其中:
[0017]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是常規(guī)被動調(diào)Q的泵浦電流和輸出光強(qiáng)波形圖；
[0019]圖3是采用本發(fā)明的被動調(diào)Q的泵浦電流和輸出光強(qiáng)波形圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，包括:
[0021]一脈沖泵浦源1，發(fā)出激光，所述的脈沖泵浦源I是半導(dǎo)體激光器或者閃光燈。
[0022]一激光諧振腔2，其是由前腔鏡和后腔鏡組成，其位于脈沖泵浦源I的輸出光路上；前腔鏡和后腔鏡之間至少包含(后敘的)激光工作介質(zhì)3和被動調(diào)Q元件4，激光諧振腔2腔型可以為平凹腔(即第一個(gè)腔面為平面鏡，第二個(gè)腔面為凹面鏡)、平平腔(即兩個(gè)腔面都為平面鏡)、平凸腔(即第一個(gè)腔面為平面鏡，第二個(gè)腔面為凸面鏡)、凹凹腔(即兩個(gè)腔面都為凹面鏡)、凹平腔(即第一個(gè)腔面為凹面鏡，第二個(gè)腔面為平面鏡)、凹凸腔(即第一個(gè)腔面為凹面鏡，第二個(gè)腔面為凸面鏡)、凸凹腔(即第一個(gè)腔面為凸面鏡，第二個(gè)腔面為凹面鏡)、凸平腔(即第一個(gè)腔面為凸面鏡，第二個(gè)腔面為平面鏡)、凸凸鏡(即兩個(gè)腔面都為凸面鏡)，也可以是其它腔型。
[0023]一激光工作介質(zhì)3，激光器的增益介質(zhì)，所述的激光工作介質(zhì)3的材料是Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass 或 Ti:sapphire ；
[0024]一被動調(diào)Q元件4，其位于激光諧振腔2內(nèi)，位于脈沖泵浦源I的輸出光路上；該激光諧振腔2的前腔鏡和被動調(diào)Q元件4之間包括一激光工作介質(zhì)3 ;被動調(diào)Q元件控制激光工作介質(zhì)內(nèi)能量的儲存和釋放，以產(chǎn)生激光脈沖，所述的被動調(diào)Q元件4是可飽和吸收體，材料是Cr4+:YAG、Co:Spinel,V:YAG或半導(dǎo)體可飽和吸收體鏡，所述的被動調(diào)Q元件4產(chǎn)生的調(diào)Q激光脈沖脈寬在0.0lns-1ms之間；
[0025]一光電傳感器5，其位于激光諧振腔2的后腔鏡之后，位于脈沖泵浦源I的輸出光路上；探測激光諧振腔2發(fā)出的激光，所述的光電傳感器5是PIN光電二極管、雪崩光電二極管、光電倍增管、光電晶體管、條紋管、場效應(yīng)管、光敏電阻或電荷耦合設(shè)備。
[0026]—控制器6,該控制器6的輸入端與光電傳感器5輸出端連接,該控制器6的輸出端與脈沖泵浦源I輸入端連接，該控制器6控制脈沖泵浦源I的開關(guān)工作狀態(tài)。
[0027]其中在脈沖泵浦源I和激光諧振腔2之間還有一耦合裝置7，該耦合裝置7為耦合光纖或耦合透鏡組。
[0028]所述的激光諧振腔2由以下方式實(shí)現(xiàn):
[0029]1、由腔鏡對構(gòu)成，腔鏡的材料是硅酸鹽玻璃，如石英玻璃、硼硅酸鹽玻璃、鈉鈣玻璃，或是其它種類的玻璃或者其它材料；
[0030]2、由激光工作介質(zhì)3上和被動調(diào)Q元件4上的鍍膜充當(dāng)腔鏡來構(gòu)成；
[0031]3.由其它元件，如半導(dǎo)體可飽和吸收體鏡(SESAM)充當(dāng)腔鏡來構(gòu)成。
[0032]工作方式:
[0033]請參閱圖1，本發(fā)明對被動調(diào)Q的過程進(jìn)行控制，可使得被動調(diào)Q過程每個(gè)周期僅輸出單脈沖。結(jié)合參閱圖1，本發(fā)明的工作過程為::
[0034]1.泵浦控制器6打開脈沖泵浦源1，脈沖泵浦源I開始工作，發(fā)射泵浦光經(jīng)過激光諧振腔2，注入激光工作介質(zhì)3。
[0035]2.被動調(diào)Q元件4由于沒有飽和，其吸收系數(shù)較大，因此激光諧振腔2內(nèi)損耗比較大，不會產(chǎn)生激光振蕩。在泵浦光的作用下，激光工作介3內(nèi)上能級粒子數(shù)增加，從而激光工作介質(zhì)3儲存的能量不斷積累。
[0036]3.被動調(diào)Q元件4飽和，其吸收系數(shù)較小，因此激光諧振腔2內(nèi)損耗比較小，激光振蕩快速地產(chǎn)生，激光工作介質(zhì)3中儲存的能量迅速釋放，形成激光脈沖。
[0037]4.光電傳感器5探測到激光脈沖，將信號傳遞給泵浦控制器6。泵浦控制器6收到信號后將脈沖泵浦源I關(guān)斷。
[0038]5.脈沖泵浦源I停止發(fā)射泵浦光。激光工作介質(zhì)3中儲存的能量不會再積累，從而不會形成調(diào)Q激光脈沖。避免后續(xù)脈沖串的形成。
[0039]6.泵浦控制器6等待一段時(shí)間后將泵浦源I打開，返回步驟I。
[0040]參見圖1，脈沖泵浦源I采用光纖耦合的二極管激光器，泵浦波長為808nm。耦合裝置7為成像透鏡組。激光工作介質(zhì)3為0.5%摻雜的Nd =LuVO4晶體3，激光振蕩波長為1064nm。Nd:LuV04晶體左端面鍍對1064nm高反，對808nm增透的鍍膜，右端面鍍對1064nm增透的鍍膜。被動調(diào)Q元件4采用Cr =YAG晶體。Nd =LuVO4晶體的左端面的鍍膜作為激光諧振腔2的一個(gè)腔鏡，激光諧振腔2的另一個(gè)腔鏡為20%透過，80%反射的輸出鏡。光電傳感器采用InGaAs探測器。
[0041]脈沖泵浦源I發(fā)出的泵浦光通過耦合裝置7成像透鏡組對Nd =LuVO4晶體3進(jìn)行泵浦。Cr:YAG晶體4未飽和時(shí)，其吸收系數(shù)較大，腔內(nèi)損耗也較大，不會產(chǎn)生激光振蕩。因此泵浦光的能量轉(zhuǎn)化為Nd =LuVO4晶體3中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)而被儲存。當(dāng)半導(dǎo)體可飽和吸收鏡4飽和時(shí)，其吸收系數(shù)較小，腔內(nèi)損耗也較小，激光振蕩快速地產(chǎn)生，形成激光脈沖。光電傳感器5探測到激光脈沖，并將信號傳遞給泵浦控制器6。泵浦控制器6將泵浦電流關(guān)斷。
[0042]圖2給出常規(guī)情況下，被動調(diào)Q的泵浦電流和輸出光強(qiáng)波形圖。常規(guī)被動調(diào)Q技術(shù)每個(gè)周期難免產(chǎn)生脈沖串。
[0043]圖3給出采用本發(fā)明的工作方式，被動調(diào)Q輸出單脈沖的泵浦電流和輸出光強(qiáng)波形圖。本發(fā)明的工作方式控制脈沖泵浦，使得被動調(diào)Q過程，每個(gè)周期僅輸出單脈沖。
[0044]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，包括: 一脈沖泵浦源； 一激光諧振腔，其是由前腔鏡和后腔鏡組成，其位于脈沖泵浦源的輸出光路上； 一被動調(diào)Q兀件，其位于激光諧振腔內(nèi)，位于脈沖泵浦源的輸出光路上；該激光諧振腔的前腔鏡和被動調(diào)Q元件之間包括一激光工作介質(zhì)，該激光工作介質(zhì)，是脈沖泵浦源的增益介質(zhì)； 一光電傳感器，其位于激光諧振腔的后腔鏡之后，位于脈沖泵浦源的輸出光路上； 一控制器，該控制器的輸入端與光電傳感器輸出端連接，該控制器的輸出端與脈沖泵浦源輸入端連接，該控制器控制脈沖泵浦源的開關(guān)工作狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，其中在脈沖泵浦源和激光諧振腔之間還有一耦合裝置，該耦合裝置為耦合光纖或耦合透鏡組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，其中所述的脈沖泵浦源是半導(dǎo)體激光器或者閃光燈。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，其中所述的激光工作介質(zhì)的材料是 Nd:YAG、Yb:YAG、Er:YAG、Cr:YAG、Nd:glass、Yb:glass、Er:glass 或 T1:sapphire。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，其中所述的被動調(diào)Q元件是可飽和吸收體，材料是Cr4+:YAG、Co:Spinel,V:YAG或半導(dǎo)體可飽和吸收體鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，其中所述的光電傳感器是PIN光電二極管、雪崩光電二極管、光電倍增管、光電晶體管、條紋管、場效應(yīng)管、光敏電阻或電荷耦合設(shè)備。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖泵浦被動調(diào)Q輸出單脈沖的激光器，其中所述的被動調(diào)Q元件4產(chǎn)生的調(diào)Q激光脈沖脈寬在0.0lns-1ms之間。
【文檔編號】H01S3/11GK104466654SQ201410837248
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】林學(xué)春, 楊盈瑩, 郭渭榮, 于海娟, 汪楠 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所