专利名称：一种脉宽可变的电光调q固体激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种固体激光器，尤其是一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q 固体激光器。
背景技术：
20世纪80年代后期，随着晶体材料和激光二极管技术的重大突破，固体激光器得 到迅速的发展，其应用领域不断地扩展。激光二极管(LD)泵浦的全固态激光器具有体积 小，转换效率高，光束质量好，稳定性高，寿命长等优点，广泛应用于激光材料加工，激光医 疗，军事对抗，海下探测，激光显示等领域。调Q是压缩输出脉宽，提高输出激光的峰值功率，输出不同重复频率激光脉冲的 主要手段。现有技术中主要有电光调Q，被动调Q和声光调Q等调Q方式。其中被动调Q稳 定性较低，且输出单脉冲能量较低，无法精确控制激光输出脉宽。声光调Q虽然重复频率较 高，但开关速度慢，输出脉宽较宽，一般均超过100ns，峰值功率只能达到几十个KW甚至十 几个KW，无法满足激光加工，和低脉宽应用的需要，且无法精确的压缩脉宽。电光调Q重复 频率高，能够达到1000HZ，性能稳定，开关速度快，能够实现30ns左右的窄脉宽激光脉冲输 出，峰值功率达到100KW以上。因此电光调Q是输出窄脉宽常用的调Q方式。但一般的电 光调Q激光输出的脉宽在30ns左右。而在激光探测和激光显示中，激光脉冲脉宽越低显示 精度越高。20ns以下的激光脉冲将提高激光探测和激光显示的精度。市场急需获得一种激 光输出脉宽可变，且进一步压缩激光输出脉宽，实现低于30ns，甚至几个ns的固体激光器。 因此如何实现激光输出脉宽可调，压缩激光输出脉宽成为急需解决的问题。
实用新型内容本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供一种高重复频率，脉宽可变的电 光调Q固体激光器。该固体激光器脉宽可以从2. 5ns到基本脉宽(如用LD侧泵模块，基本 脉宽大概为30ns)，输出脉冲时间脉宽稳定，平滑，光束质量好。本发明的技术方案为一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q固体激光器，其特征 在于由输出镜、激光介质和全反镜构成激光谐振腔，沿着所述激光谐振腔的光轴，在所述 激光介质和所述全反镜之间依次放置偏振片和电光调Q晶体；脉冲宽度可调的高频Q开关 电源连接所述电光调Q晶体以提供高压脉冲驱动信号。本发明的激光器工作原理如下采用光泵浦的方式将能量存储在激光介质(例如 Nd:YAG晶体)中，降低谐振腔内的Q值即增加腔内损耗，从而阻止激光振荡的发生。当激光 上能级反转粒子数大量累积到最佳值时，突然恢复到高Q值，这样储能就以非常短的光脉 冲释放出来。其中释放时间即激光脉冲宽度、单脉冲能量在无外界干扰因素影响下通常只 与谐振腔长、腔内储能强度、打开关断谐振腔的时间、腔内损耗等有关。本激光器在巨脉冲 形成过程中，通过人为因素调节腔内损耗，从而达到改变巨脉冲激光脉宽的目的。腔内损耗 的调节是通过调节高压脉冲驱动信号脉宽的方式，即采用快速关断电光调Q晶体高压的方式提高腔内损耗，提前截止激光振荡，达到削波降低输出脉宽的目的。具体的来说由输出 镜、激光介质和全反镜构成激光谐振腔，偏振片作为起偏器给电光调Q晶体提供偏振光，脉 冲宽度可调的高频Q开关电源连接所述电光调Q晶体提供高压脉冲驱动信号，通过调节高 压脉冲驱动信号脉冲宽度，截止激光振荡，调整输出脉冲脉宽，并压缩激光输出脉冲脉宽。泵浦光源侧面泵浦所述激光介质。该泵浦光源为脉冲宽度可调、准连续泵浦光源。 所述泵浦光源输出的单脉冲脉宽可调，这样可提高单脉冲泵浦峰值功率，降低热效应，从而 优化谐振腔输出光束质量。在所述激光介质和所述全反镜之间还有λ /4波片。所述λ /4波片包括第一 λ /4 波片和第二 λ/4波片；所述第一 λ/4波片位于所述偏振片和所述电光调Q晶体之间；所述 第二 λ /4波片位于所述电光调Q晶体和所述全反镜之间。所述激光介质为掺钕钇铝石榴石晶体(Nd: YAG)，或掺钕钒酸钇晶体(NchYVO4)。所述偏振片与所述光轴成布儒斯特角。所述电光调Q晶体为磷酸二氢钾(KDP)或者磷酸二氘钾(KD*P)。本实用新型的有益效果是1、采用脉宽可调的高频Q开关电源输出脉宽可调的高压脉冲驱动信号来控制电 光调Q晶体的开启和关闭，激光脉冲输出脉宽精确可控，可压窄激光输出脉宽。且高压脉冲 驱动信号小于3ns的上升沿和/或下降沿有效保证了调Q开通关断时间，从而在开通和关 断时达到最佳运行效果。例如在LD侧面泵浦模块中，如果定义普通的高压脉冲驱动信号所 输出的激光脉宽为基本脉宽，该基本脉宽约为30ns ；使用脉宽可调的高频Q开关电源输出 高压脉冲驱动信号，输出脉宽最低可以被压缩至2. 5ns。2、在激光介质和全反镜之间放置λ /4波片，所述λ /4波片使得经过的偏振光相 移η/2，补偿由于激光介质在高温下产生的热致双折射效应而导致的偏振光退偏现象，提 高固体激光器的输出功率。3、激光晶体使用激光介质为掺钕钇铝石榴石晶体，或掺钕钒酸钇晶体，荧光寿命 短，适合高重复率运转。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
图1是本实用新型脉宽可变的电光调Q固体激光器。图2是高频Q开关电源输出的高压脉冲驱动信号。图中1.输出镜，2.激光介质，3.泵浦光源，4.偏振片，5.第一 λ/4波片，6.电光 调Q晶体，7.高频Q开关电源，8.第二 λ/4波片，9.全反镜。
具体实施方式
以下结合附图1、2与实施例对本实用新型做进一步说明。如附图1所示，本实用 新型中的一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q固体激光器，包括由输出镜1、激光介质2和 全反镜9所构成的激光谐振腔，其中沿着所述激光谐振腔的光轴，在激光介质2和全反镜9 之间依次放置偏振片4和电光调Q晶体6，高频Q开关电源7是一个脉宽可调的开关电源， 连接电光调Q晶体6以提供高压脉冲驱动信号。泵浦光源3是一个准连续泵浦光源，通过光学耦合系统以准连续泵浦的方式将泵浦光以侧面泵浦的方式注入激光介质2，所述泵浦 光源输出的单脉冲脉宽可调。该开关电源7能够与泵浦光源同步提供高压脉冲驱动信号， 且该驱动信号同时能够对电光调Q晶体6高压电压幅值、高压脉冲宽度进行调节。当泵浦 光将能量存储在激光介质中(例如Nd: YAG晶体)，降低谐振腔内的Q值，也即增加腔内损耗 从而阻止激光振荡的发生，当激光上能级反转粒子数大量累积到最佳值时，突然恢复到高Q 值，这样储能就以非常短的光脉冲释放出来。其中释放时间也即激光脉冲宽度、单脉冲能量 在无外界干扰因素影响下通常只与谐振腔长、腔内储能强度、打开关断谐振腔的时间、腔内 损耗等有关。本固体激光器中高频Q开关电源脉冲宽度可调，在巨脉冲形成过程中，采用快 速关断电光调Q晶体高压的方式提高腔内损耗，提前截止激光振荡，达到削波降低巨脉冲 脉宽的目的。由于激光介质2在高温下会发生热致双折射效应，通过偏振片4形成的偏振光通 过激光介质2偏振态发生变化，再次通过偏振片4会离轴输出，从而增大腔内损耗。可以在 腔内插入λ/4波片以减少腔内退偏现象。在一个实施例中，λ/4波片包括第一 λ/4波片 和第二 λ/4波片。第一 λ/4波片位于偏振片4和电光调Q晶体6之间，第二 λ/4波片位 于电光调Q晶体6和全反镜9之间。激光介质可以是掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)，或掺 钕钒酸钇晶体(NchYVO4)。偏振片4与谐振腔光轴成布儒斯特角。电光调Q晶体为磷酸二 氢钾晶体(KDP)或者磷酸二氘钾晶体(KD*P)。在一个较佳的实施例中泵浦光源采用峰值功率为1000W，脉宽为200 μ s的激 光二极管(LD)进行准连续泵浦，激光介质为Nd:YAG圆棒，掺杂浓度为0.4%，具体尺寸为 3mm*75mm，电光调Q晶体为磷酸二氘钾晶体(KD*P)。高频Q开关电源7为脉冲宽度可调的 开关电源，最高重复频率为1000Hz。如附图2所示，高压脉冲驱动信号电压为4500V，脉宽 为63ns，延时201. 3 μ S。偏振片4与光轴成布儒斯特角，在偏振片4和KD*P之间放置第一 λ /4波片5，在KD*P和全反镜之间放置第二 λ /4波片8。全反镜镀9镀波长为1064全反 膜，输出镜1镀1064nm部分透过膜。激光输出波长1064nm，单脉冲最大能量3. ^ijOlOns，脉 宽可调范围6-20ns，单脉冲能量稳定性彡2% rms，重复频率为250Hz，500Hz或者1000Hz， 输出光斑直径3mm，脉宽抖动为士 1ns，发散角彡2mrad。本实用新型的电光调Q固体激光器能够有效的压缩激光输出脉冲，实现输出脉冲 可调，且精确度高，光束质量好，在激光探测、激光显示中具有广泛的应用前景。
权利要求1.一种高重复频率、脉宽可变的电光调Q固体激光器，其特征在于包括由输出镜、激 光介质和全反镜所构成的激光谐振腔，其中沿着所述激光谐振腔的光轴，在所述激光介质 和所述全反镜之间依次放置偏振片和电光调Q晶体，脉冲宽度可调的高频Q开关电源连接 所述电光调Q晶体以提供高压脉冲驱动信号。
2.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于泵浦光源侧面光泵浦所 述激光介质，该泵浦光源为脉冲宽度可调、准连续泵浦光源。
3.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于在激光介质和全反镜之 间还有λ/4波片。
4.根据权利要求4所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述λ/4波片包括第一 入/4波片和第二 λ/4波片；所述第一 λ/4波片位于所述偏振片和所述电光调Q晶体之间； 所述第二 λ /4波片位于所述电光调Q晶体和所述全反镜之间。
5.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述激光介质为掺钕钇 铝石榴石晶体，或掺钕钒酸钇晶体。
6.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述偏振片与所述光轴 成布儒斯特角。
7.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述电光调Q晶体为磷酸二氢钾或者磷酸二氘钾。
专利摘要一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q固体激光器。该激光器由输出镜、激光介质和全反镜所构成的激光谐振腔，其中在激光介质和全反镜之间依次放置偏振片和电光调Q晶体，脉冲宽度可调的高频Q开关电源连接电光调Q晶体以提供高压脉冲驱动信号，快速关断施加在电光调Q晶体的高压以提高腔内损耗，提前截止激光振荡，从而压缩固体激光器输出脉宽。本实用新型的电光调Q固体激光器输出脉宽可以从2.5ns到基本脉宽，如用LD侧泵模块，基本脉宽大概为30ns，输出脉冲时间脉宽稳定，平滑，光束质量好。
文档编号H01S3/08GK201853942SQ20102024568
公开日2011年6月1日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者刘光华 申请人:北京时代卓易科技发展有限公司