一種抑制掠入射板條增益介質(zhì)內(nèi)部寄生振蕩的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種抑制掠入射板條激光增益介質(zhì)內(nèi)部寄生振蕩方法，該方法可以有效地抑制這種結(jié)構(gòu)增益介質(zhì)的寄生振蕩，提高增益介質(zhì)儲能和增益，降低系統(tǒng)的放大的自發(fā)輻射(ASE)，提高輸出光脈沖能量。屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前大功率固體激光器、激光放大器廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、軍事武器、科學(xué)研究等諸多領(lǐng)域。固體激光器的增益介質(zhì)多以塊狀或板條等形式出現(xiàn)，尤其是掠入射板條增益介質(zhì)，其增益高、幾何外形規(guī)則，容易產(chǎn)生較強(qiáng)的寄生振蕩。在激光放大器中寄生振蕩的存在使得種子光在到達(dá)之前就消耗了大量的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)，降低了增益介質(zhì)的峰值增益和存取效率;在激光振蕩器中寄生振蕩使得增益介質(zhì)內(nèi)儲能降低，提高了激光的輸出閾值。如果寄生振蕩在光路中傳播并被不斷放大則形成了放大的自發(fā)輻射(ASE)，ASE又會使激光的光束質(zhì)量、光束對比度下降，對脈沖的時間特性產(chǎn)生影響等。因此對寄生振蕩的消除有著重要的意義。
[0003]通常抑制掠入射板條增益介質(zhì)內(nèi)寄生振蕩的方法有:將平行的晶體通光面切出一定的角度，并鍍高透膜來避免晶體的端面間產(chǎn)生振蕩;對晶體的非工作面進(jìn)行打毛處理，通過散射作用來抑制寄生振蕩。但是無論切角還是打毛處理，只是改變了寄生振蕩光的傳播方向，在高增益下，即便是散射光也會形成較為強(qiáng)烈的寄生振蕩，消耗晶體儲能或是形成ASE0

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種利用介質(zhì)吸收的方法，抑制掠入射板條增益介質(zhì)內(nèi)部的寄生振蕩。該方法簡單，適用范圍廣，并且有著很好的對寄生振蕩的抑制效果。
[0005]本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案為一種抑制掠入射板條增益介質(zhì)內(nèi)部寄生振蕩的方法，在掠入射板條的三個非通光表面，鍍上一層介質(zhì)材料，并使該介質(zhì)材料對于增益介質(zhì)的寄生振蕩呈現(xiàn)出吸收特性。
[000?]對于不同的激光介質(zhì)，應(yīng)鍍上不同的介質(zhì)材料，所述介質(zhì)材料為Nd: YAG或Nd:YVO4,利用濺射法鍍以一定厚度的金屬鍺(Ge)在增益介質(zhì)的表面上。
[0007]因為則:￥六6、制:￥￥04的寄生振蕩波長在106411111附近，而且金屬鍺對106411111的光有著很好的吸收特性。板條晶體包含有六個面，每個面上的反射或散射都會增強(qiáng)晶體內(nèi)的寄生振蕩，因此在除了栗浦面和通光面的其他所有面上鍍上吸收介質(zhì)，切斷寄生振蕩回路，以達(dá)到吸收效果;但晶體的冷卻面要和金屬熱沉進(jìn)行熱交換，所以僅在晶體增益最大處鍍鍺，冷卻面的吸收層不鋪滿整個冷卻面，使其與散熱器良好接觸，保證散熱效果。
【附圖說明】
[0008]圖1.1鍍鍺板條晶體軸測圖。[0009 ]圖1.2鍍鍺板條晶體主視圖。
[0010]圖1.3鍍鍺板條晶體俯視圖。
[0011]圖1.4鍍鍺板條晶體左視圖。
[0012]圖1.5為另外一個實(shí)施例的不意圖。
[0013]圖2構(gòu)成激光器的結(jié)構(gòu)。
[0014]圖3為板條晶體內(nèi)部的光束振蕩圖，其中，(a)自發(fā)輻射在晶體內(nèi)部水平方向的振蕩；(b)自發(fā)輻射在晶體內(nèi)部豎直方向的振蕩。
[0015]圖4鍍鍺與非鍍鍺Nd= YAG模塊自由振蕩輸出脈沖能量E隨栗浦電流I規(guī)律。
[0016]圖5鍍鍺涂層與無鍺鍍層Nd= YAG模塊在被動調(diào)Q情況下脈沖輸出能量E隨栗浦電流I變化規(guī)律。
[0017]圖中:1.1、晶體栗浦面，1.2、非通光面，2.1、晶體通光面a,2.2,晶體通光面b,3.1,晶體上冷卻面，3.2:晶體下冷卻面，4.1、上鍍鍺區(qū)域，4.2下鍍鍺區(qū)域，5、位于非工作面上的鍍鍺區(qū)域，6.1、上隔離層，6.2、下隔離層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為使發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，實(shí)施以摻釹釔鋁石榴石(Nd:YAG)晶體作為增益介質(zhì)的激光器，結(jié)合實(shí)施例、參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]實(shí)施例1
[0020]本發(fā)明的方案如下，如圖1.1-1.4所示，晶體栗浦面1.1、非通光面1.2、晶體通光面a2.1、晶體通光面b2.2、晶體上冷卻面3.1、晶體下冷卻面3.2分別為Nd: YAG板條晶體的六個表面，其中，晶體栗浦面1.1的表面鍍有栗浦光增透膜;晶體通光面a2.1、晶體通光面b2.2為晶體的通光面，切角后，其表面鍍振蕩光增透膜;晶體上冷卻面3.1、晶體下冷卻面3.2為晶體的冷卻面;三個非通光表面分別非通光面1.2、晶體上冷卻面3.1、晶體下冷卻面3.2，晶體上冷卻面3.1、晶體下冷卻面3.2上分別鍍有上鍍鍺區(qū)域4.1、下鍍鍺區(qū)域4.2。
[0021]由于高功率密度栗浦，晶體內(nèi)高增益，晶體內(nèi)部的自發(fā)輻射只要經(jīng)過反射形成回路就會形成振蕩消耗晶體上能級粒子數(shù)，鍍鍺的目的就在于阻斷晶體內(nèi)部的自發(fā)輻射的反射形成振蕩環(huán)路。如圖3所示，在板條晶體內(nèi)部的光束可能在水平和豎直方向形成自激振蕩，在水平方向上，如果不鍍鍺就會在梯形長邊所在的晶體栗浦面1.1反射，形成寄生振蕩如圖3(a)所示，消耗晶體的能量;在梯形板條長邊所在的面鍍鍺后，當(dāng)自發(fā)輻射的光達(dá)到此面時不會發(fā)生反射，因此能夠抑制振蕩的形成。豎直方向晶體內(nèi)部自發(fā)輻射振蕩的情況如圖3(b)所示，自發(fā)輻射在板條上下兩個大面之間來回反射，對上下表面鍍鍺就抑制了自發(fā)輻射在上下兩個大面的反射。這樣就降低了自發(fā)輻射對晶體內(nèi)部能量的損耗，從而提高了晶體的儲能。晶體上冷卻面3.1、晶體下冷卻面3.2內(nèi)的上鍍鍺區(qū)域4.1、下鍍鍺區(qū)域4.2及非通光面1.2通過濺射法鍍金屬鍺，鍍層厚度約為2?3um，因為金屬鍺在1064nm波段附近呈現(xiàn)出吸收特性，能很好地吸收晶體內(nèi)部散射或反射的寄生振蕩光和ASE光，所以能起到抑制寄生振蕩，減小系統(tǒng)內(nèi)A S E的作用。處理后的晶體上冷卻面3.1、晶體下冷卻面3.2與金屬微通道散熱器的焊接，保證散熱效果。
[0022]如圖2所示，將該晶體應(yīng)用于激光器中:LD栗浦光經(jīng)聚焦透鏡，入射于Nd:YAG晶體的栗浦面1.1;激光器的震蕩光在晶體栗浦面1.1全反射，形成掠入射結(jié)構(gòu)，并在在全反鏡、輸出鏡間往返振蕩；當(dāng)激光器的增益大于損耗時產(chǎn)生激光輸出；其中可飽和吸收體起到被動調(diào)Q的作用，加入或移除可飽和吸收體，可實(shí)現(xiàn)調(diào)Q模式與自由振蕩模式的切換。利用鍍有鍺的Nd:YAG板條晶體與普通板條晶體進(jìn)行對比實(shí)驗。當(dāng)激光器在自由振蕩的模式下運(yùn)行，鍍鍺的板條晶體模塊相比未鍍鍺的模塊，前者的閾值降低了 5A，最大輸出功率增加了 51%，結(jié)果如圖4所示；當(dāng)激光器在調(diào)Q輸出的情況下，鍍鍺模塊的輸出能量相比未鍍鍺的模塊，輸出能量提高了近75%，如圖5所示。由此可以證明增益介質(zhì)的涂鍍吸收層，能顯著地抑制晶體內(nèi)的寄生振蕩，提高了晶體儲能，減小了振蕩輸出的閾值。
[0023]實(shí)施例2
[0024]本發(fā)明還有一個改進(jìn)的方案如圖1.5所示。如果在實(shí)際運(yùn)用中鍺鍍層吸收了過多的熱量，如受到栗浦光或信號