本申請涉及可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)和激光器，屬于光學(xué)器件技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電光調(diào)Q激光是產(chǎn)生強(qiáng)激光的一種方式，通常是以在光學(xué)諧振腔中加置電光晶體和光學(xué)偏振器件來實現(xiàn)。光經(jīng)過光學(xué)偏振器件后成為線偏振光，如果在電光晶體上外加λ/4電壓，由于泡克爾斯效應(yīng)，使往返通過電光晶體的線偏振光的振動方向改變π/2，光束不能在諧振腔中通過，諧振腔處于低Q狀態(tài)，由于外界激勵作用，上能級粒子數(shù)迅速增加。如果電光晶體上未加電壓，則往返通過電光晶體的線偏振光的振動方向不變，諧振腔處于高Q狀態(tài)。如果諧振腔從低Q狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦逹狀態(tài)，則產(chǎn)生激光巨脈沖。

然而，現(xiàn)有技術(shù)的電光調(diào)Q開關(guān)本身不能夠選擇激光的頻率，導(dǎo)致激光器輸出激光的單色性不夠理想。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠?qū)す獾念l率進(jìn)行篩選的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。

本發(fā)明的另一目的是提高激光器輸出激光的單色性。

根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)，其包括：選頻棱鏡，所述選頻棱鏡包括入光面和出光面，當(dāng)光束入射至所述入光面時，預(yù)定頻率的光束垂直于所述出光面出射；和F-P標(biāo)準(zhǔn)具，所述F-P標(biāo)準(zhǔn)具包括互相平行的第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面，所述第一光學(xué)端面上設(shè)置有高反射低透射的第一介質(zhì)膜，所述第二光學(xué)端面上設(shè)置有高反射低透射的第二介質(zhì)膜，所述第一光學(xué)端面和所述第二光學(xué)端面之間構(gòu)成反射腔，所述第二光學(xué)端面夾著所述第二介質(zhì)膜與所述選頻棱鏡的出光面相對，并且所述第一光學(xué)端面和所述第二光學(xué)端面均平行于所述選頻棱鏡的出光面，所述反射腔內(nèi)的折射率能夠通過電光效應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，使得所述反射腔內(nèi)的光束在相長干涉和相消干涉之間轉(zhuǎn)換。

根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)利用了選頻棱鏡的色散效應(yīng)和自準(zhǔn)直現(xiàn)象以及F-P標(biāo)準(zhǔn)具的干涉效應(yīng)和電光效應(yīng)。選頻棱鏡對激光振蕩的波長進(jìn)行選擇，只有一定波長的光才能垂直于所述出光面出射。如果使用各向異性材料制作選頻棱鏡，還能控制所選光的偏振態(tài)，得到單一偏振態(tài)、單一波長的光。

選擇的光波在通過F-P標(biāo)準(zhǔn)具時會受到電光效應(yīng)作用，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具的反射腔內(nèi)的折射率能夠被調(diào)整，使得反射腔內(nèi)的光束在相長干涉和相消干涉之間轉(zhuǎn)換，則F-P標(biāo)準(zhǔn)具在開通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，此過程即為F-P標(biāo)準(zhǔn)具的電光調(diào)Q過程。以選頻棱鏡先對光波長進(jìn)行粗略選擇，能夠有效防止F-P標(biāo)準(zhǔn)具通過選擇波段外的光波。

優(yōu)選地，所述選頻棱鏡由晶體或者玻璃制成。

優(yōu)選地，所述選頻棱鏡呈楔形。

作為本申請的一種實施方式，所述反射腔內(nèi)填充有電光晶體，所述電光晶體外側(cè)設(shè)置有電極對，所述電極對用于對所述電光晶體施加電場，以改變所述電光晶體的折射率。

進(jìn)一步優(yōu)選地，施加至所述電光晶體的電場強(qiáng)度的方向平行于所述第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面，或者施加至所述電光晶體的電場強(qiáng)度的方向垂直于所述第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面。

優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)膜鍍在所述第一光學(xué)端面上，所述第二介質(zhì)膜鍍在所述第二光學(xué)端面上。

優(yōu)選地，所述選頻棱鏡的出光面貼在所述第一介質(zhì)膜上。

根據(jù)本申請的另一方面，提供了一種激光器，其包括：上述可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)；激光工作介質(zhì)，所述激光工作介質(zhì)產(chǎn)生的激光入射至所述選頻棱鏡的入光面；和泵浦光源，所述泵浦光源發(fā)出的泵浦光入射至所述激光工作介質(zhì)，以激勵所述激光工作介質(zhì)形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。

一旦選頻棱鏡與激光工作介質(zhì)之間的夾角發(fā)生改變，能夠沿自準(zhǔn)直光路進(jìn)行振蕩的光波長也要發(fā)生相應(yīng)改變。激光工作介質(zhì)和選頻棱鏡構(gòu)成激光諧振腔。選頻棱鏡與F-P標(biāo)準(zhǔn)具互相配合，能夠有效提高激光器發(fā)出的激光的單色性。

作為本申請的一種實施方式，所述激光工作介質(zhì)包括彼此相對的泵浦光入射端面和激光出射端面，所述泵浦光入射端面上設(shè)置有能夠?qū)す膺M(jìn)行全反射并且對泵浦光進(jìn)行增透的介質(zhì)膜，所述激光出射端面上設(shè)置有能夠?qū)す膺M(jìn)行增透的增透膜。

優(yōu)選地，所述激光工作介質(zhì)為激光晶體、激光陶瓷、激光光纖、激光玻璃或激光染料。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)的示意圖。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的包括可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)的激光器的示意圖。

部件和附圖標(biāo)記列表：

L-選頻棱鏡、FP-F-P標(biāo)準(zhǔn)具、f3-出光面、f4-入光面、f1-第一光學(xué)端面、f2-第二光學(xué)端面、HR1-第一介質(zhì)膜、HR2-第二介質(zhì)膜、P+-正電極、P--負(fù)電極、LM-激光工作介質(zhì)、IP-泵浦光、f5-激光出射端面、f6-泵浦光入射端面、OP-脈沖激光。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例詳述本申請，但本申請并不局限于這些實施例。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)包括選頻棱鏡L和F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP。

選頻棱鏡L由玻璃或者晶體等高色散材料制成。如圖1所示，選頻棱鏡L呈楔形。選頻棱鏡L包括出光面f3和入光面f4，出光面f3的法線是l1，入光面f4的法線是l2。當(dāng)光束入射至選頻棱鏡L時，入射的光到達(dá)選頻棱鏡L的入光面f4發(fā)生折射，只有折射后沿l1方向傳播的波長為λ的光能夠滿足自準(zhǔn)直條件，垂直射向出光面f3，其即為選擇振蕩的激光。

F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP包括互相平行的第一光學(xué)端面f1和第二光學(xué)端面f2，第一光學(xué)端面f1上設(shè)置有高反射低透射的第一介質(zhì)膜HR1，第二光學(xué)端面f2上設(shè)置有高反射低透射的第二介質(zhì)膜HR2，第一光學(xué)端面f1和第二光學(xué)端面之間f2構(gòu)成反射腔，第二光學(xué)端面f2夾著第二介質(zhì)膜HR2與選頻棱鏡的出光面f3相對，并且第一光學(xué)端面f1和第二光學(xué)端面f2均平行于選頻棱鏡的出光面f3，反射腔內(nèi)的折射率能夠被調(diào)整，使得反射腔內(nèi)的光束在相長干涉和相消干涉之間轉(zhuǎn)換。

作為優(yōu)選的實施方式，如圖1所示，F(xiàn)-P標(biāo)準(zhǔn)具FP的反射腔填充以電光晶體，能夠使用橫向電光調(diào)制或者縱向電光調(diào)制方式工作。圖1中示出采用橫向電光調(diào)制的示例，即，在F-P標(biāo)準(zhǔn)具的反射腔的側(cè)面鍍有正電極P+和負(fù)電極P-這樣一對電極，通過電極給F-P標(biāo)準(zhǔn)具施加一定的調(diào)制電場以改變所述電光晶體的折射率。在圖1的實施方式中，施加至所述電光晶體的電場強(qiáng)度的方向平行于第一光學(xué)端面f1和第二光學(xué)端面f2。當(dāng)然，也可以采用縱向電光調(diào)制方式，即使得施加至所述電光晶體的電場強(qiáng)度的方向垂直于第一光學(xué)端面f1和第二光學(xué)端面f2。

第一光學(xué)端面f1和第二光學(xué)端面f2的法線均為l1。光學(xué)端面f1上鍍有能夠?qū)ΣㄩL為λ的光高反射低透射的第一介質(zhì)膜HR1，光學(xué)端面f2與選頻棱鏡L的出光面f3貼合，兩個面之間鍍有能夠?qū)ΣㄩL為λ的光高反射低透射的第二介質(zhì)膜HR2。法線l1與第一光學(xué)端面f1、第二光學(xué)端面f2、出光面f3和入光面f4的交點依次為a、b、c和o。

在選頻棱鏡L內(nèi)沿l1行進(jìn)的波長為λ的光通過出光面f3到達(dá)F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP。利用晶體的電光效應(yīng)，在電極對P+和P-上施加電壓，改變與波長為λ的光對應(yīng)的晶體的折射率，使得光在F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP內(nèi)的光程也相應(yīng)變化。根據(jù)F-P干涉效應(yīng)，如果光在F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP內(nèi)進(jìn)行相消干涉，則波長為λ的光將被第二介質(zhì)膜HR2和第一介質(zhì)膜HR1反射回去，不能透過，整個器件處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)在電極對P+和P-上施加的電壓達(dá)到一定值時，光在F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP內(nèi)光程正好滿足相長干涉的條件時，與波長為λ的光對應(yīng)的透過率達(dá)到最大值，此時器件相當(dāng)于開通狀態(tài)。

具體地，設(shè)高反射腔沿法線l1的長度為W，光電晶體沿法線l1的折射率為n，則相長干涉的條件為2nW＝kλ，相消干涉的條件為2nW＝(k+1/2)λ，k為整數(shù)。在本發(fā)明的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)中，由于選頻棱鏡先對光的波長進(jìn)行粗略選擇，使振蕩光譜壓縮在一個相對很小的范圍，能夠有效克服F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP通過多條光譜窄線的缺點。

圖2為根據(jù)本發(fā)明的包括可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)的激光器的示意圖。在圖2中，激光器包括：前述可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)；激光工作介質(zhì)LM，激光工作介質(zhì)LM產(chǎn)生的激光入射至選頻棱鏡L的入光面f4；和泵浦光源(未示出)，泵浦光源發(fā)出的泵浦光IP入射至激光工作介質(zhì)LM，以激勵激光工作介質(zhì)LM形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。激光工作介質(zhì)LM可以是激光晶體、激光陶瓷、激光光纖、激光玻璃或激光染料。

激光工作介質(zhì)LM包括彼此相對的泵浦光入射端面f6和激光出射端面f5，泵浦光入射端面f6上鍍有能夠?qū)ΣㄩL為λ的激光進(jìn)行全反射并且對泵浦光IP進(jìn)行增透的介質(zhì)膜，激光出射端面f5上設(shè)置有能夠?qū)ΣㄩL為λ的激光進(jìn)行增透的增透膜。泵浦光入射端面f6和激光出射端面f5的法線為l3，l3與激光出射端面f5和泵浦光入射端面f6分別交于點d和點e。

下面說明根據(jù)本發(fā)明的激光器的工作過程。

泵浦光IP采用端面泵浦方式沿方向l3從泵浦光入射端面f6入射至激光工作介質(zhì)LM，激光工作介質(zhì)LM受到激勵形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，在粒子從高能級向低能級躍遷的過程中輻射出若干譜線，其中只有一部分能夠沿光路e→d→o行進(jìn)。由于l2和l3之間有一夾角，只有選定的波長為λ的光在通過入光面f4時能夠滿足自準(zhǔn)直條件，沿l1垂直射向出光面f3。

當(dāng)F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP內(nèi)的光電晶體的折射率滿足相消干涉的條件時，波長為λ的光將被第二介質(zhì)膜HR2和第一介質(zhì)膜HR1反射回去。即在F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP上施加調(diào)制電壓，使該F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP對波長為λ的光處于高反射狀態(tài)，可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)關(guān)斷。因此，從出光面f3到泵浦光入射端面f6，波長為λ的光始終沿激光振蕩光路e→d→o→c→o→d→e傳播。此時，激光工作介質(zhì)LM和選頻棱鏡L構(gòu)成激光諧振腔。在通過入光面f4后只有波長為λ的光沿著o→c垂直入射至出光面f3并被高反射介質(zhì)膜HR2反射回c→o→d→e，波長為λ的光就這樣不斷在泵浦光入射端面f6和出光面f3之間往返，并且在每次通過激光工作介質(zhì)LM時獲得增益，最終形成激光振蕩，而其它譜線則被抑制。

如果瞬間給予F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP一定電壓，通過電光效應(yīng)使波長為λ的光通過F-P標(biāo)準(zhǔn)具FP時恰好滿足相長干涉條件，此時波長為λ的光的透過率最高，可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)開通，則激光器將輸出一個脈沖激光OP。該過程即為激光器的電光調(diào)Q過程。

改變激光工作介質(zhì)LM和可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)的位置，即l2和l3之間的夾角變化，根據(jù)折射定律和色散效應(yīng)，在激光諧振腔中振蕩的波長為λ的光對應(yīng)的波長也要發(fā)生改變，該過程為激光調(diào)諧過程。

下面說明根據(jù)本發(fā)明的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)和激光器的設(shè)計原則。

首先，根據(jù)激光器的設(shè)計要求，確定可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)的光譜工作范圍、光的偏振狀態(tài)等參數(shù)指標(biāo)?？烧{(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)由一個選頻棱鏡L和一個F-P標(biāo)準(zhǔn)具組成。選頻棱鏡采用具有高色散能力的玻璃或者晶體制成，要綜合考慮激光工作波長、棱鏡材料的光學(xué)參數(shù)、波長分辨力要求、光學(xué)損耗等因素，確定選頻棱鏡的加工參數(shù)。F-P標(biāo)準(zhǔn)具的反射腔填充以電光晶體，使用橫向電光調(diào)制或者縱向電光調(diào)制方式工作，同樣需要根據(jù)設(shè)計要求，確定F-P標(biāo)準(zhǔn)具的切向、長度、光學(xué)加工精度、鍍膜等加工參數(shù)。

下面舉例說明本發(fā)明的幾個實施例。

實施例1

實施例1涉及1μm波段的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。以KDP晶體加工F-P標(biāo)準(zhǔn)具，向標(biāo)準(zhǔn)具的第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面鍍上對1μm波段高反射低透射的介質(zhì)膜，電光調(diào)制方式使用橫向電光調(diào)制方式。使用YVO₄晶體制作選頻棱鏡。如圖1所示，將F-P標(biāo)準(zhǔn)具和選頻棱鏡組合成可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。

激光工作介質(zhì)選用Nd:YVO₄晶體，采用端面泵浦方式，輸出1.052μm、1.061μm、1.064μm等波長的電光調(diào)Q激光，激光為偏振光。如圖2所示，將激光工作介質(zhì)置于激光諧振腔的一端，組成激光器。

實施例2

實施例2涉及1μm波段的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。以KDP晶體加工F-P標(biāo)準(zhǔn)具，向標(biāo)準(zhǔn)具的第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面鍍上對1μm波段高反射低透射的介質(zhì)膜。不同于實施例1，實施例2的F-P標(biāo)準(zhǔn)具采用縱向電光調(diào)制方式。使用高色散玻璃制作選頻棱鏡。如圖1所示，將F-P標(biāo)準(zhǔn)具和選頻棱鏡組合成可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。

激光工作介質(zhì)選用Nd:YAG晶體，采用端面泵浦方式，輸出1.052μm、1.061μm、1.064μm等波長的電光調(diào)Q激光，激光為非偏振光。如圖2所示，將激光工作介質(zhì)置于激光諧振腔的一端，組成激光器。

實施例3

實施例3涉及1μm波段的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。以LN晶體加工F-P標(biāo)準(zhǔn)具，向標(biāo)準(zhǔn)具的第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面鍍上對1μm波段高反射低透射的介質(zhì)膜，電光調(diào)制方式使用橫向電光調(diào)制方式。使用YVO₄晶體制作選頻棱鏡。如圖1所示，將F-P標(biāo)準(zhǔn)具和選頻棱鏡組合成可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。

激光工作介質(zhì)選用Yb:YAG晶體，采用端面泵浦方式，輸出1.0μm波段的連續(xù)可調(diào)諧電光調(diào)Q激光，激光為偏振光。如圖2所示，將激光工作介質(zhì)置于激光諧振腔的一端，組成激光器。

實施例4

實施例4涉及1.1μm波段的可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。以LN晶體加工F-P標(biāo)準(zhǔn)具，向標(biāo)準(zhǔn)具的第一光學(xué)端面和第二光學(xué)端面鍍上對1.1μm波段高反射低透射的介質(zhì)膜，電光調(diào)制方式使用橫向電光調(diào)制方式。使用YVO₄晶體制作選頻棱鏡。如圖1所示，將F-P標(biāo)準(zhǔn)具和選頻棱鏡組合成可調(diào)諧電光調(diào)Q開關(guān)。

激光工作介質(zhì)選用Nd:YAG晶體，采用端面泵浦方式，輸出1.1μm波段的連續(xù)可調(diào)諧電光調(diào)Q激光，激光為偏振光。如圖2所示，將激光工作介質(zhì)置于激光諧振腔的一端，組成激光器。

以上，僅是本申請的幾個實施例，并非對本申請做任何形式的限制，雖然本申請以較佳實施例揭示如上，然而并非用以限制本申請，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本申請技術(shù)方案的范圍內(nèi)，利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許的變動或修飾均等同于等效實施案例，均屬于技術(shù)方案范圍內(nèi)。