专利名称：光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器的制作方法
技术领域：
本发明的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器，属光电子领域。其基波及其非线性变频的相干辐射，可应用于激光医疗、激光加工、激光无损精密测试、激光通讯、天文学等多个方面。
1.3μm波段激光，尤其是短脉冲、大能量激光，有着广泛的应用背景。众所周知，掺钕激光晶体在1.3μm波段的跃迁截面比其在1.0μm波段要小得多，见下表(沈鸿元等，Measurement of the Stimulated Emmission Crosssection for4F3/2-4I13/2transition of Nd3+in YAlO3Crystal”，IEEEJ.QuantumElectron.，1989，Vol.25，No.2，144)。这就决定了采用电光调Q的方法获得的激光脉冲较宽，往往大于10纳秒甚至在几十纳秒以上。而在诸如激光医疗的某些应用、光学元件损耗系数振荡衰减法精确测试中，如此之宽的激光脉冲有其很大的局限性。
表 一些掺钕激光晶体的基本参数晶体 NdYAGNdYLFNdBEL NdYAlO3NdYVO4荧光寿命τ(μs) 230 480144 150 994F3/2-4I13/2波长(nm)1338/13181313 1351 1341.4 1342σ1(×10-19cm2) 0.9/0.92 0.6 0.4 2.2 6.0σ1·τ(×10-19cm2·μs) 207/211.6288 57.6 330 5944F3/2-4I11/2波长(nm)1064 1047 1070 1079.5 1064σ2(×10-19cm2)4.6 3.2/2.6 2.1 4.6 18.6本发明的目的在于公开一种能输出1.3μm波段小于几纳秒的掺钕晶体脉冲激光器，它在激光医疗、激光加工、激光无损精密测试、激光通讯、天文学等多个方面具有较好的应用前景。
实现本发明的技术方案可通过附图加以说明
图1为“光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器”结构原理图。以NdYAG、NdYVO4、NdYAP、NdYLF、NdBEL中的一种激光晶体为激光激活介质(4)，在氙灯为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在脉冲泵浦工作方式下，在激光器的振荡级谐振腔中的反射镜(1)面镀上对1.3μm波段全反射、1.0μm波段有较高的透过率，输出镜镀制对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器(2)、偏振片(3)，振荡级产生10-20纳秒100-400mj的宽脉冲偏振激光。在振荡级谐振腔的反射镜(1)或输出镜(5)后设置一块光电探测器(9)收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号，在振荡级谐振腔的输出激光的光路上设置几组一定距离放置的反射镜(6)产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由电光调制器(7)、起偏器(8)组成的削波组件，由前述的触发信号控制电光调制器(7)的开关。
之所以要采用以上的光路延时削波法而不是采用第一块电光调制器(2)触发信号的经过电路延时再控制第二块电光调制器(7)，主要是从激光的稳定性要求出发的。因为从第一块电光调制器(2)Q开关打开经过激光雪崩过程而产生激光脉冲上升沿大约几十到上百纳秒的建立时间，而这段建立时间的长短受到几个因素的影响，包括泵浦光源强度百分之几的涨浮，激光脉冲最初种子随机起源于激光晶体棒的前端还是后端、最初是向前还是向后传播。以上这些因素都决定了采用第一块电光调制器(2)触发信号的经过电路延时再控制第二块电光调制器(7)会有几个纳秒的波动，而我们的目标就是用削波法截取几个纳秒的窄脉冲。显然必须另采用稳定可靠的延时法来控制削波组件(7)、(8)。在本发明中我们采用光路延时削波法来解决上述问题。首先我们取反射镜(1)漏出的激光或分束取出输出镜(5)后的激光，通过一块光电探测器(9)如锗光敏二极管或雪崩二极管来收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号。但由这一信号立即去控制削波组件(7)、(8)是不现实的，因为控制电路本身需要十几纳秒的反应时间。而我们采用光在几个反射镜(6)中传输产生十几个纳秒的延时。根据光速3×108米/秒，每走1米需要约3.3纳秒。这样激光脉冲经过约十几纳秒走完总路程3-5米的几个反射镜(6)折反后到达削波组件(7)、(8)，这时电控制电路触发削波组件(7)、(8)，截取脉宽3-5纳秒20-100毫焦耳的1.3μm波段激光脉冲。根据应用场合的不同，有的需要更大能量的激光脉冲时可再通过几级激光放大级来实现。
本发明与背景技术相比所具有的有益的效果采用光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器，比电路延时削波法截取的激光脉冲稳定性大大提高。使其在稳定性要求较高的领域，如激光医疗、激光加工、激光无损精密测试、激光通讯、天文学等多个方面具有较大的应用前景。
现对附图作图面说明图1是光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器的结构原理图；图2是本发明灯泵浦的光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器的构成图。
下面结合附图2进一步描述
具体实施例方式图2中(4)为NdYAG晶体，(10)是泵浦用氙灯，(11)是滤去泵浦灯紫外辐射的滤光管，(15)紧包式椭圆型或圆型聚光腔，腔内充满介质冷却液，冷却工作物质和泵浦灯，(1)对1.319μm的反射率为99.8％、对1.064μm的透射率为99.2％的曲率半径为5米的凹镜介质镜，(5)为激光的输出镜，其曲率半径为3米，对1.064μm有98.9％的透过率并对1.319μm输出耦合度为30％参数，从而使两种波长激光的损耗不同，以达到抑制1.064μm波段的激光，只输出约20纳秒的1.319μm的激光脉冲。反射镜(1)与输出镜(5)之间的距离为2米。(13)是自循环冷却器，(12)为输出能量可变的脉冲氙灯电源，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器(2)、偏振片(3)，振荡级产生10-20纳秒100-400mj的宽脉冲偏振激光。取从振荡级谐振腔的反射镜(1)漏出的激光或分束取出输出镜(5)后的激光，通过一块光电探测器(9)锗雪崩二极管(APD)来收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号。输出激光的光路上设置几组共3米距离放置的反射镜(6)产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由电光调制器(7)、起偏器(8)组成的削波组件，这一削波组件与电光调制器(2)、偏振片(3)尽可能近的放置以减少两调制器间由于距离增加的传输延时。(14)为电光调制器(2)、电光调制器(7)的升、退压控制电源。其中电光调制器(2)的晶压触发时间相对于氙灯脉冲起点时间大约220微秒，而电光调制器(7)晶压触发时间相对于锗雪崩二极管(APD)(9)收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号约十几纳秒。通过削波法截取的激光脉冲的宽窄可通过调节几组反射镜(6)之间的距离或调节调Q控制电源(14)的延时来实现。
权利要求
1.一种光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器，是以NdYAG、NdYVO4、NdYAP、NdYLF、NdBEL中的一种激光晶体为激光激活介质，在氙灯为泵浦源或以半导体激光器为泵浦源下，在脉冲工作方式下，该器件输出1.3μm波段基波脉冲，具体波长如下对NdYAG晶体为1319nm或1338nm；对NdYVO4晶体为1342nm；对NdYAP晶体为1341.4nm；对NdYLF晶体为1313nm；对NdBEL晶体为1351nm，该器件输出1.3μm波段小于几纳秒的激光脉冲，在“光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器”的振荡级谐振腔中的反射镜面镀上对1.3μm波段全反射、1.0μm波段有较高的透过率，输出镜镀制对1.0μm波段有较高的透过率并对1.3μm波段最佳输出耦合度参数，同时在谐振腔内插入1.3μm波段的电光调制器、偏振片，振荡级产生10-20纳秒的宽脉冲偏振激光，其特征在于，所述光路延时削波法控制的1.3μm波段纳秒级掺钕晶体激光器具有以下结构取振荡级谐振腔的反射镜漏出的激光或分束取出输出镜后的激光，通过一个光电探测器来收取调Q激光脉冲的上升沿触发信号，在振荡级谐振腔的输出激光的光路上设置几组一定距离放置的反射镜产生十几纳秒的光延时，并在这之后的光路上设置由起偏器、电光调制器组成的削波组件，由前述的触发信号控制电光调制器的开关。
全文摘要
一种以掺Nd
文档编号H01S3/14GK1423380SQ0114231
公开日2003年6月11日 申请日期2001年11月23日 优先权日2001年11月23日
发明者林文雄, 林授群, 黄见洪 申请人:中国科学院福建物质结构研究所