一種提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)q性能的裝置及調(diào)q激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置及調(diào)Q激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]激光調(diào)Q是產(chǎn)生窄脈沖和高峰值功率激光的主要技術(shù)方法之一。轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q相較于電光、聲光以及被動調(diào)Q方式，具有關(guān)斷效果好、結(jié)構(gòu)簡單、無附加吸收損耗和無用損耗、無波長及偏振選擇性、可承受較高功率的優(yōu)點(diǎn)。
[0003]1996 年，Chin-Lin Chen 在《Elements Of Optoelectronics And Fiber Optics》一書中表明了激光機(jī)械斬波轉(zhuǎn)盤(Rotat1n Chopper)調(diào)Q的方法,是指在激光腔內(nèi)插入一個(gè)轉(zhuǎn)動的斬波轉(zhuǎn)盤，斬波轉(zhuǎn)盤由高速電機(jī)帶動，其邊緣有若干狹縫或小孔，當(dāng)斬波轉(zhuǎn)盤阻擋光路時(shí)，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累，當(dāng)斬波轉(zhuǎn)盤的通光孔與光路重合時(shí)，激光振蕩形成，積累的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在短時(shí)間內(nèi)形成一個(gè)激光Q脈沖，從而實(shí)現(xiàn)激光調(diào)Q。但此方法對于大孔徑、高能量、激光建立時(shí)間快的激光器實(shí)行轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q時(shí)存在缺陷:若取通光孔的直徑大于激光介質(zhì)的直徑(通常選擇)，會導(dǎo)致Q開關(guān)的開啟時(shí)間增大，不利于實(shí)現(xiàn)激光調(diào)Q的快開關(guān)過程；若取通光孔的直徑小于激光介質(zhì)的直徑，雖然可減小Q開關(guān)的開啟時(shí)間，但會增加激光功率的無用損耗，減小激光振蕩的模體積，激光介質(zhì)儲備的能量不能充分被利用。因此在2000年，葉小華等在《新型激光器機(jī)械調(diào)Q的分析與研究》一文中提出了兩種改進(jìn)方法:方法一是在激光諧振腔內(nèi)附加正透鏡，并在激光諧振腔內(nèi)實(shí)焦點(diǎn)處進(jìn)行斬波調(diào)Q ;方法二是在折疊腔中，由雙凹共焦腔形成實(shí)焦點(diǎn)，同樣是在腔內(nèi)實(shí)焦點(diǎn)處進(jìn)行斬波調(diào)Q。這兩種方法雖然可以減小斬波轉(zhuǎn)盤通光孔的直徑，在電機(jī)轉(zhuǎn)速不變的條件下，使Q開關(guān)的開關(guān)時(shí)間縮短，但在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在以下問題:激光諧振腔內(nèi)存在實(shí)焦點(diǎn)對轉(zhuǎn)盤斬波產(chǎn)生嚴(yán)重影響，特別是在大功率情況下，腔內(nèi)光強(qiáng)太強(qiáng)，容易產(chǎn)生光頻擊穿現(xiàn)象，破壞激光振蕩條件，導(dǎo)致激光器沒有輸出，嚴(yán)重時(shí)會損傷光學(xué)元件或者斬波轉(zhuǎn)盤。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明的目的在于提供一種提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置及包含該裝置的調(diào)Q激光器，裝置利用伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置在激光諧振腔內(nèi)的光束壓縮作用，減少Q(mào)開關(guān)的開關(guān)時(shí)間，提高激光Q脈沖的重復(fù)頻率，使得激光的模體積被充分利用，同時(shí)未在激光諧振腔內(nèi)產(chǎn)生實(shí)焦點(diǎn)，避免產(chǎn)生光頻擊穿現(xiàn)象；并且可以采用同一個(gè)斬波轉(zhuǎn)盤裝置，實(shí)現(xiàn)多路同步調(diào)Q，并利用伽利略式望遠(yuǎn)鏡在激光諧振腔外的激光合束作用，實(shí)現(xiàn)多路調(diào)Q脈沖激光的峰值功率疊加。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，提供一種提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置，用于使激光器產(chǎn)生窄脈沖、大能量調(diào)Q激光，所述裝置包括:
[0006]位于激光器諧振腔內(nèi)部用于壓縮激光光束直徑的第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置和/或位于激光器諧振腔外部用于合并多路激光光束的第二伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置；
[0007]位于激光器諧振腔內(nèi)部用于對壓縮直徑后的激光光束進(jìn)行調(diào)Q的轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q器件。
[0008]在本發(fā)明所述的提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置中，所述第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發(fā)散透鏡，所述會聚透鏡為凸透鏡、等效熱透鏡的激光介質(zhì)、凸曲率端面激光介質(zhì)中的任一種，所述發(fā)散透鏡為凹透鏡或凹曲率端面激光介質(zhì)；所述第二伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發(fā)散透鏡，所述會聚透鏡為消彗差凸透鏡，所述發(fā)散透鏡為凹透鏡。
[0009]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置，用于使激光器產(chǎn)生窄脈沖、大能量調(diào)Q激光，所述裝置包括:
[0010]位于激光器諧振腔內(nèi)部用于壓縮激光光束直徑的第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置和/或位于激光器諧振腔內(nèi)部用于壓縮任意相鄰調(diào)Q脈沖激光光束的空間間距的第三伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置；
[0011]位于激光器諧振腔內(nèi)部用于對壓縮直徑后的激光光束進(jìn)行調(diào)Q的轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q器件。
[0012]在本發(fā)明所述的提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置中，所述第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發(fā)散透鏡，所述會聚透鏡為凸透鏡、等效熱透鏡的激光介質(zhì)、凸曲率端面激光介質(zhì)中的任一種，所述發(fā)散透鏡為凹透鏡或凹曲率端面激光介質(zhì)；所述第三伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發(fā)散透鏡，所述會聚透鏡為凸透鏡，所述發(fā)散透鏡為凹透鏡。
[0013]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種調(diào)Q激光器，包括激光諧振腔、位于激光諧振腔內(nèi)的用于產(chǎn)生激光光束的激光介質(zhì)，所述激光器還包括上述提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置。
[0014]在本發(fā)明所述的調(diào)Q激光器中，激光介質(zhì)只有一個(gè)時(shí)，所述激光諧振腔依次包含有全反鏡、轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q器件、第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置、激光介質(zhì)、輸出鏡，所述輸出鏡與全反射鏡的位置可以互換；所述第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置用于壓縮激光諧振腔內(nèi)的光束直徑，以減少Q(mào)開關(guān)時(shí)間和提聞Q脈沖重復(fù)頻率。
[0015]在本發(fā)明所述的調(diào)Q激光器中，激光介質(zhì)大于一個(gè)時(shí)，所述激光諧振腔依次包含有全反鏡、激光介質(zhì)、轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q器件、輸出鏡；各路激光諧振腔與轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q器件中斬波轉(zhuǎn)盤通光部位的分布相對應(yīng)，呈圓周陣列等間距分布，當(dāng)斬波轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時(shí)，對多路激光進(jìn)行同步調(diào)Q，第二伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置設(shè)置于激光諧振腔外，由各路激光諧振腔共用，用于將多路激光諧振腔輸出的激光合并成單路激光，實(shí)現(xiàn)非相干光波疊加輸出；激光介質(zhì)大于一個(gè)時(shí)，對于多路激光同步調(diào)Q的情況，各路激光諧振腔內(nèi)增設(shè)第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置用于壓縮各路激光光束直徑。
[0016]相應(yīng)地，本發(fā)明還提供了一種調(diào)Q激光器，包括激光諧振腔、位于激光諧振腔內(nèi)的用于產(chǎn)生激光光束的激光介質(zhì)，所述激光介質(zhì)大于一個(gè)且為偶數(shù)，所述激光器還包括上述提高激光轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q性能的裝置。
[0017]在本發(fā)明所述的調(diào)Q激光器中，所述激光諧振腔依次包含有多面體棱鏡、激光介質(zhì)、轉(zhuǎn)盤斬波調(diào)Q器件、第三伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置、輸出鏡；多面體棱鏡用于折疊激光諧振腔，各路激光諧振腔與斬波調(diào)Q器件中斬波轉(zhuǎn)盤通光部位的分布相對應(yīng)，呈圓周陣列等間距分布，當(dāng)斬波轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時(shí)，對多路激光進(jìn)行同步調(diào)Q ;第三伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置設(shè)置于激光諧振腔內(nèi)，由各路激光諧振腔共用，用于壓縮任意相鄰調(diào)Q脈沖激光光束的空間間距，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)相干光波疊加輸出；激光介質(zhì)大于一個(gè)時(shí)，對于多路激光同步調(diào)Q的情況，各路激光諧振腔內(nèi)增設(shè)第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置用于壓縮各路激光光束直徑。
[0018]因此，本發(fā)明可以獲得以下的有益效果:通過在激光諧振腔內(nèi)設(shè)置第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置，光束壓縮之后激光諧振腔內(nèi)不產(chǎn)生實(shí)焦點(diǎn)，可以避免光頻擊穿；激光諧振腔內(nèi)的光束經(jīng)過第一伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置，出射光為直徑減小一個(gè)數(shù)量級的平行光束，可以減少斬波轉(zhuǎn)盤通光孔的直徑，縮短Q開關(guān)的開關(guān)時(shí)間，有利于產(chǎn)生窄脈沖寬度的調(diào)Q激光；利用伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置的特性，使得激光介質(zhì)的模體積得到充分利用，有利于調(diào)Q脈沖能量的充分釋放，從而獲得窄脈寬、大能量的調(diào)Q激光；轉(zhuǎn)盤上的通光孔可以起到孔徑光闌的作用，光束通過孔徑光闌時(shí)，光束邊緣部分的高階模因光闌的阻擋受到損耗而被抑制掉，這種結(jié)構(gòu)既保持了孔徑光闌的橫模選擇特性，又?jǐn)U大了基模體積，可提高激光的光束質(zhì)量；通過斬波轉(zhuǎn)盤，可進(jìn)行N路激光同時(shí)斬波調(diào)Q，即使在高重復(fù)頻率下，也可以保證同步輸出N路激光Q脈沖；多路激光同步調(diào)Q時(shí)，多路激光由激光諧振腔外的第二伽利略式望遠(yuǎn)鏡裝置合并成單路非相干光輸出，若各路激光參數(shù)相同，N路調(diào)Q激光經(jīng)過合束之后的功率為單路調(diào)Q激光功率的N倍；激光介質(zhì)大于一個(gè)且為偶數(shù)時(shí)，還可利用多面體棱鏡和位于激光諧振腔內(nèi)的第