一种窄脉宽激光器的制造方法
【专利摘要】本发明属于激光【技术领域】，涉及一种窄脉宽激光器，包括沿光传播方向依次设置的泵浦模块(1)、泵浦光耦合装置(2)和谐振腔，所述谐振腔包括：在光传播方向上依次设置的二向色镜(3)、激光增益介质(4)、主动调Q元件(6)和输出镜(7)，以及作为谐振腔端镜的被动调Q元件(8)，其设置在所述光传播方向反向入射二向色镜时的反射光方向上；所述谐振腔还包括小孔光阑(5)，其设置在激光增益介质(4)和主动调Q元件(6)之间。本发明实现了窄脉宽激光脉冲输出，而且脉冲的重复频率稳定，光束质量好。
【专利说明】一种窄脉宽激光器
【技术领域】
[0001] 本发明属于激光【技术领域】，尤其涉及一种窄脉宽激光器。
【背景技术】
[0002] 随着激光行业的迅速发展，窄脉宽，高峰值功率，高单脉冲能量成为激光技术的发 展方向，窄脉宽激光器在激光材料加工，激光测量，非线性光学，远程探测等领域具有广阔 的应用前景。在激光材料加工过程中，客户加工要求的提高和热效应对热敏感材料造成的 损伤，都对激光脉冲的宽度提出了更高的要求。
[0003] 目前，脉冲激光主要通过激光调Q技术和激光锁模技术来实现，激光锁模技术结 构复杂，而且后续需要通过脉冲选择和激光放大来实现窄脉宽，高能量的脉冲输出，成本 高，体积大。激光调Q技术主要包括声光调Q，电光调Q和被动调Q。其中，声光调Q技术实 现的脉冲宽度大多为几十纳秒，电光调Q技术虽能实现亚纳秒的脉冲输出，然而其需要高 电压来驱动，价格昂贵。现有技术中采用电光调Q技术实现了亚纳秒的脉冲输出，其优点是 实现了稳定的窄脉冲输出，但其缺点是，电光Q开关和驱动电源价格高，不利于成本控制， 而且驱动电源输出高电压，也不利于操作安全。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例的目的在于提供一种窄脉宽激光器，能够实现稳定的窄脉冲输出。
[0005] 本发明实施例是这样实现的：
[0006] -种窄脉宽激光器，包括沿光传播方向依次设置的泵浦模块、泵浦光耦合装置和 谐振腔，所述谐振腔包括：在光传播方向上依次设置的二向色镜、激光增益介质、主动调Q 元件和输出镜，以及作为谐振腔端镜的被动调Q元件，其设置在所述光传播方向反向入射 二向色镜时的反射光方向上。
[0007] 其中，所述谐振腔还包括小孔光阑，其设置在激光增益介质和主动调Q元件之间。
[0008] 其中，所述谐振腔的长度小于或等于30mm。
[0009] 其中，所述二向色镜为45度镜，并且镀制泵浦光增透膜和激光波长对应的高反 膜。
[0010] 其中，入射至激光增益介质中心的泵浦光的光斑半径大于等于50um，小于等于 200um〇
[0011] 其中，所述激光增益介质为 Nd:YV04、Nd:YAG、Nd:GV04、Nd:YLF、Yb:YAG 或 Nd:Glass 中的一种。
[0012] 其中，所述主动调Q元件为声光调Q开关。
[0013] 其中，所述被动调Q元件为半导体可饱和吸收镜，其是将高反镜和半导体可饱和 吸收体结合在一起，底层为高反镜。
[0014] 其中，所述小孔光阑的尺寸大小为0. 2mm至1mm。
[0015] 其中，所述输出镜的透过率大于等于50%，小于等于80%。
[0016] 本发明实施例通过在谐振腔中加入主动调Q元件与被动调Q元件，共同完成对谐 振腔内Q值的调节，并形成"L"型腔，缩短了激光谐振腔的长度，实现了窄脉宽激光脉冲输 出，而且脉冲的重复频率稳定；通过在激光谐振腔内插入小孔光阑，使得激光器一直在基模 状态下运行，保证了光束质量；激光器结构紧凑，整个激光谐振腔的长度只有30mm或者更 短，成本低，生产工艺简单，易于模块化生产。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明实施例的激光器原理示意图；
[0018] 图2是本发明实施例中获得的脉宽为2ns的脉冲波形图；
[0019] 图3是本发明实施例的激光器输出功率随泵浦功率变化的关系图；
[0020] 图4是本发明实施例的激光器脉冲宽度随泵浦功率变化的关系图；
[0021] 图5是本发明实施例的激光器脉冲宽度随脉冲重复频率变化的关系图。
【具体实施方式】
[0022] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
[0023] 以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：
[0024] 如图1所示，本发明实施例中的激光器包括在光传播方向上依次设置的输出功率 可调的泵浦模块1，泵浦光耦合装置2和谐振腔，其中谐振腔包括二向色镜3、激光增益介质 4、小孔光阑5、主动调Q兀件6、输出镜7和被动调Q兀件8,腔内在激光传播方向上依次设 置二向色镜3、激光增益介质4、小孔光阑5、主动调Q兀件6和输出镜7,在光传播方向反向 入射二向色镜3时的反射光方向上设置被动调Q元件8 ;泵浦模块1产生泵浦光并通过泵 浦光耦合装置2,经二向色镜3作用在激光增益介质4上，激光增益介质4通过受激辐射产 生信号光，信号光经过小孔光阑5、主动调Q兀件6和输出镜7,输出镜7对信号光部分反射 部分透射，被输出镜7反射的信号光依次通过主动调Q元件6、小孔光阑5、激光增益介质4、 二向色镜7和被动调Q元件8,被动调Q元件8又将信号光反射回谐振腔，信号光按此路线 不断的在谐振腔内振荡放大并不断的输出激光。
[0025] 其中，谐振腔为"L"型腔，整个谐振腔的长度小于或等于30mm ;上述的泵浦模块 1米用光纤I禹合输出的半导体激光器，输出功率可调。光纤芯径为200um ;上述的二向色 镜3为45度镜，并且镀制泵浦光增透膜和激光波长对应的高反膜；上述的激光增益介质为 Nd:YV04、Nd:YAG、Nd:GV04、Nd:YLF、Yb:YAG 或 NchGlass 中的一种；上述的主动调 Q 元件 6 为声光调Q开关；上述的被动调Q元件8为半导体可饱和吸收镜，其是将高反镜和半导体可 饱和吸收体结合在一起，底层为高反镜；上述的小孔光阑5尺寸大于等于0. 2mm，且小于等 于Imm ;上述的输出镜7的采用高透过率的输出镜，激光透过率大于等于50%，且小于等于 80%。
[0026] 本发明基于以下原理：声光Q开关由声光介质，电声换能器，吸声材料和驱动电源 组成。在激光谐振腔内插入声光Q开关，当在声光Q开关换能器上加高频信号时，所形成的 超声波振动使声光介质的折射率发生变化，形成等效的"相位光栅"，当光束通过声光介质 时，便产生布拉格衍射，使得光波偏离出腔外，从而使谐振腔处于高损耗低Q值状态，不能 产生振荡，Q开关将激光"关断"。当高频信号的作用突然停止时，声光介质中的超声场消失， 谐振腔变为低损耗高Q值状态，产生激光振荡，相当于Q开关将激光"打开"，谐振腔Q值交 替变化一次，就使得激光器输出一个调Q脉冲。而被动调Q开关是利用某些非线性饱和吸 收介质本身的特性来自动改变激光谐振腔Q值。当激光刚刚运转时，由于可饱和吸收体的 吸收作用使得激光谐振腔处于高损耗低Q值状态，当吸收体饱和时，其吸收光的能力下降， 此时谐振腔的损耗降低Q值升高，并输出调Q脉冲。仅仅采用单一的声光调Q技术，输出脉 冲的重复频率稳定，且连续可调，但输出的调Q脉冲的脉冲宽度较宽，受限于声波通过光束 的渡越时间；而仅仅采用被动调Q技术，可以获得较短的脉冲宽度，但输出脉冲的重复频率 不稳定。本发明采用主被动双调Q技术，集主动调Q和被动调Q技术各自的优势于一体，优 化谐振腔的参数，如谐振腔的长度，激光输出镜的透过率，泵浦效率等，获得了脉冲宽度最 窄为2ns的脉冲输出，不仅实现了窄脉宽激光脉冲输出，而且脉冲的重复频率稳定。
[0027] 根据激光调Q理论，激光的脉冲宽度为：
【权利要求】
1. 一种窄脉宽激光器，包括沿光传播方向依次设置的泵浦模块、泵浦光耦合装置和谐 振腔，其特征在于，所述谐振腔包括： 在光传播方向上依次设置的二向色镜、激光增益介质、主动调Q元件和输出镜，以及作 为谐振腔端镜的被动调Q兀件，其设置在所述光传播方向反向入射二向色镜时的反射光方 向上。
2. 根据权利要求1所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述谐振腔还包括小孔光 阑，其设置在激光增益介质和主动调Q元件之间。
3. 根据权利要求1或2所述的一种激光器，其特征在于：所述谐振腔的长度小于或等 于 30mm。
4. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述二向色镜为45度 镜，并且镀制泵浦光增透膜和激光波长对应的高反膜。
5. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：入射至激光增益介质 中心的泵浦光的光斑半径大于等于50um，小于等于200um。
6. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述激光增益介质为 Nd: YV04、Nd: YAG、Nd: GV04、Nd: YLF、Yb: YAG 或 Nd: G1 ass 中的一种。
7. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述主动调Q元件为 声光调Q开关。
8. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述被动调Q元件为 半导体可饱和吸收镜，其是将高反镜和半导体可饱和吸收体结合在一起，底层为高反镜。
9. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述小孔光阑的尺寸 大小为0. 2mm至1mm。
10. 根据权利要求1或2所述的一种窄脉宽激光器，其特征在于：所述输出镜的透过率 大于等于50%，小于等于80%。
【文档编号】H01S3/08GK104393474SQ201410719935
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】阳其国, 金艳丽, 吕启涛, 高云峰 申请人:大族激光科技产业集团股份有限公司