一種提高電光調(diào)q激光器平均輸出功率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]該發(fā)明涉及一種提高電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的方法，該方法采用特殊的方形結(jié)構(gòu)KD*P晶體作為電光開關(guān)，有效降低了晶體的熱退偏，提高了電光調(diào)Q激光器的平均輸出功率，獲得了短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出。屬于激光器制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，半導(dǎo)體栗浦的短脈沖、大能量、高平均功率調(diào)Q激光器在遠(yuǎn)程探測，非線性光學(xué)和材料加工領(lǐng)域，特別是在機(jī)載激光雷達(dá)領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
[0003]在電光調(diào)Q激光器中，特別是高平均功率的調(diào)Q激光器，存在嚴(yán)重的熱效應(yīng)，除了激光增益介質(zhì)的熱效應(yīng)外，由于開關(guān)晶體對振蕩激光的線性吸收，在晶體中將產(chǎn)生熱沉積，會(huì)影響電光調(diào)Q激光器的輸出效率。已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于電光晶體的雙折射效應(yīng)，電光晶體對振蕩激光很小的吸收，都會(huì)影響電光晶體的開關(guān)特性。這使電光開關(guān)熱退偏成為制約高平均功率電光調(diào)Q激光器的瓶頸之一。
[0004]為減小電光開關(guān)熱退偏的影響，通常采用在激光器內(nèi)加入電光晶體對或采用反射式電光開關(guān)，補(bǔ)償晶體中的雙折射效應(yīng)。但上述方式并沒有減小單個(gè)電光晶體本身的熱效應(yīng)。目前還沒有通過使用特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體作為電光開關(guān)，減小開關(guān)晶體的熱退偏，獲得短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出的研究報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于采用特殊的方形結(jié)構(gòu)KD*P晶體作為電光開關(guān)，減小開關(guān)晶體的熱退偏，獲得短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出。
[0006]本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案為一種提高電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，該方法采用z切割、加縱向電場的方形KD*P晶體作為電光開關(guān)。實(shí)施該方法的裝置包括全反鏡1、半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊2、Nd: YAG晶體3、起偏器4、電光開關(guān)5、輸出耦合鏡6;全反鏡1、半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊2、Nd: YAG晶體3、起偏器4、電光開關(guān)5、輸出親合鏡6依次相連，最終經(jīng)輸出耦合鏡6進(jìn)行輸出激光7。其中，作為電光開關(guān)的KD*P晶體置于起偏器4和輸出親合鏡6之間，并且緊靠輸出親合鏡6。
[0007]該結(jié)構(gòu)的KD*P晶體與傳統(tǒng)圓柱狀結(jié)構(gòu)的KD*P晶體相比，由于晶體內(nèi)部溫度場梯度發(fā)生變化，降低了由剪切應(yīng)力引起的雙折射，并使其折射率橢球變形程度小于傳統(tǒng)圓柱狀結(jié)構(gòu)的KD*P晶體，從而使該特殊結(jié)構(gòu)的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關(guān)特性，提高了電光調(diào)Q激光器的平均輸出功率。
[0008]本發(fā)明用全新的思路實(shí)現(xiàn)了電光調(diào)Q激光器短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出，與采用傳統(tǒng)的圓柱狀KD*P晶體作為電光開關(guān)的調(diào)Q激光器相比，具有高平均功率、高單脈沖能量、熱退偏明顯減小的效果;本發(fā)明具有實(shí)質(zhì)性的特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，本發(fā)明所述的方法可以廣泛應(yīng)用于電光調(diào)Q激光器，能夠明顯提高激光器的效率、脈沖能量和平均輸出功率。
【附圖說明】
[0009]圖1是采用特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體作為開關(guān)晶體的電光調(diào)Q激光器結(jié)構(gòu)示意圖
[0010]圖2是Z切割KD*P電光晶體存在熱分布時(shí)，圓柱狀結(jié)構(gòu)晶體(a)，和方形結(jié)構(gòu)晶體(b)x、y方向折射率主軸的變化示意圖
[0011]圖3是采用不同結(jié)構(gòu)KD*P電光晶體的調(diào)Q激光器輸出功率與栗浦電流的關(guān)系示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0012]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)施以特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體作為電光開關(guān)的調(diào)Q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。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明裝置包括全反鏡1、半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊2、Nd:YAG晶體3、起偏器4、電光開關(guān)5、輸出親合鏡6、輸出激光7。
[0014]傳統(tǒng)電光調(diào)Q晶體通常是采用圓柱狀結(jié)構(gòu)，常見的電光調(diào)Q激光器采用的是圓柱狀電光晶體，由于圓柱狀電光晶體自身的雙折射效應(yīng)，使其熱退偏非常明顯，嚴(yán)重影響了電光晶體的開關(guān)特性，制約了電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的提高。
[0015]下面對采用特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體作為開關(guān)晶體，提高電光調(diào)Q激光器輸出特性的原理進(jìn)行說明。
[0016]對于傳統(tǒng)的圓柱狀KD*P電光晶體，采用z切割、加縱向電場。如圖2(a)所示，電光晶體未加電場時(shí)，電光晶體內(nèi)部由于有溫度場梯度，會(huì)出現(xiàn)由剪切應(yīng)力引起的雙折射。對-42m結(jié)構(gòu)的KD*P晶體，其折射率橢球發(fā)生變形，在垂直于通光z軸的面上將形成新的主軸折射率nx’和ny’，且隨半徑r和方位角Θ變化。對于方形結(jié)構(gòu)電光晶體，由于其特殊結(jié)構(gòu)，晶體內(nèi)部溫度分布和熱應(yīng)力發(fā)生變化，剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于圓柱形晶體，計(jì)算結(jié)果可形象的表示為圖2(b)，其折射率橢球變形程度小于前者，從而使該特殊結(jié)構(gòu)的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關(guān)特性，提高了電光調(diào)Q激光器的平均輸出功率。
[0017]如圖1所示，將該方形KD*P晶體應(yīng)用于激光器中。該激光器采用常規(guī)的直腔降壓式電光調(diào)Q的結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)激光器的腔鏡，使其在自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)，插入起偏器，微調(diào)，使其與光軸夾角為布諾斯特角度53°。在靠近輸出耦合鏡一端加入特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體，細(xì)調(diào)電光晶體，使其在加縱向半波電壓時(shí)能完全關(guān)斷激光輸出。半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊的觸發(fā)和電光Q開關(guān)的觸發(fā)采用同一個(gè)脈沖發(fā)生器，使它們相互之間延時(shí)同步匹配。在相同條件下，搭建采用傳統(tǒng)的圓柱狀KD*P晶體作為電光開關(guān)的調(diào)Q激光器。
[0018]兩者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示，采用特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體，電光開關(guān)調(diào)Q激光器的最高平均輸出功率是采用傳統(tǒng)圓柱狀KD*P電光晶體調(diào)Q激光器的兩倍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種提高電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，該方法采用Z切割、加縱向電場的方形KD*P晶體作為電光開關(guān);實(shí)施該方法的裝置包括全反鏡(I )、半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊(2)、Nd:YAG晶體(3)、起偏器(4)、電光開關(guān)(5)、輸出耦合鏡(6);全反鏡(1)、半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊(2)、Nd: YAG晶體(3)、起偏器(4)、電光開關(guān)(5)、輸出耦合鏡(6)依次相連，最終經(jīng)輸出耦合鏡(6)進(jìn)行輸出激光(7);其中，作為電光開關(guān)的KD*P晶體置于起偏器(4)和輸出親合鏡(6)之間，并且緊靠輸出親合鏡(6)； 該結(jié)構(gòu)的KD*P晶體與傳統(tǒng)圓柱狀結(jié)構(gòu)的KD*P晶體相比，由于晶體內(nèi)部溫度場梯度發(fā)生變化，降低了由剪切應(yīng)力引起的雙折射，并使其折射率橢球變形程度小于傳統(tǒng)圓柱狀結(jié)構(gòu)的KD*P晶體，從而使該特殊結(jié)構(gòu)的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關(guān)特性，提高了電光調(diào)Q激光器的平均輸出功率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，傳統(tǒng)電光調(diào)Q晶體通常是采用圓柱狀結(jié)構(gòu)，常見的電光調(diào)Q激光器采用的是圓柱狀電光晶體，由于圓柱狀電光晶體自身的雙折射效應(yīng)，使其熱退偏非常明顯，嚴(yán)重影響了電光晶體的開關(guān)特性，制約了電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的提高； 對于傳統(tǒng)的圓柱狀KD*P電光晶體，采用z切割、加縱向電場；電光晶體未加電場時(shí)，電光晶體內(nèi)部由于有溫度場梯度，會(huì)出現(xiàn)由剪切應(yīng)力引起的雙折射;對-42m結(jié)構(gòu)的KD*P晶體，其折射率橢球發(fā)生變形，在垂直于通光z軸的面上將形成新的主軸折射率nx ’和ny’，且隨半徑r和方位角Θ變化;對于方形結(jié)構(gòu)電光晶體，由于其特殊結(jié)構(gòu)，晶體內(nèi)部溫度分布和熱應(yīng)力發(fā)生變化，剪切應(yīng)力遠(yuǎn)小于圓柱形晶體，其折射率橢球變形程度小于前者，從而使該特殊結(jié)構(gòu)的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關(guān)特性，提高了電光調(diào)Q激光器的平均輸出功率。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，將該方形KD*P晶體應(yīng)用于激光器中；該激光器采用常規(guī)的直腔降壓式電光調(diào)Q的結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)激光器的腔鏡，使其在自由運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)達(dá)到最佳狀態(tài)，插入起偏器，微調(diào)，使其與光軸夾角為布諾斯特角度53°;在靠近輸出耦合鏡一端加入特殊結(jié)構(gòu)的方形KD*P晶體，細(xì)調(diào)電光晶體，使其在加縱向半波電壓時(shí)能完全關(guān)斷激光輸出；半導(dǎo)體激光脈沖栗浦模塊的觸發(fā)和電光Q開關(guān)的觸發(fā)采用同一個(gè)脈沖發(fā)生器，使它們相互之間延時(shí)同步匹配;在相同條件下，搭建采用傳統(tǒng)的圓柱狀KD*P晶體作為電光開關(guān)的調(diào)Q激光器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高電光調(diào)Q激光器平均輸出功率的方法，屬于激光器制造領(lǐng)域。該方法采用z切割、加縱向電場的方形KD*P晶體作為電光開關(guān)。該結(jié)構(gòu)的KD*P晶體與傳統(tǒng)圓柱狀結(jié)構(gòu)的KD*P晶體相比，由于晶體內(nèi)部溫度場梯度發(fā)生變化，降低了由剪切應(yīng)力引起的雙折射，并使其折射率橢球變形程度小于傳統(tǒng)圓柱狀結(jié)構(gòu)的KD*P晶體，從而使該特殊結(jié)構(gòu)的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關(guān)特性，提高了電光調(diào)Q激光器的平均輸出功率。
【IPC分類】H01S3/115
【公開號】CN105680315
【申請?zhí)枴緾N201610232477
【發(fā)明人】李強(qiáng), 尹興良, 雷訇, 惠勇凌, 姜夢華
【申請人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月14日