F‑P构型调Q倍频激光器的制作方法

技术领域

本发明涉及一种F-P构型调Q倍频激光器，属于激光器技术领域。

背景技术：

目前，调Q倍频激光器是激光应用的重要技术之一。长期以来，由于电光调制所需的高电压导致电光调Q激光的伺服电气系统技术指标高、设计难度大、绝缘难度高，对电光晶体的要求严苛，高性能电光调Q器件的制作极难。这些使得调Q激光器的紧凑化和小型化设计面临不小的障碍，设计结构简单、电气伺服系统要求不高的调Q器件成为激光应用拓展的迫切需求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种F-P构型调Q倍频激光器，它利用法布里-珀罗效应和晶体的电致伸缩效应对激光进行调制，并产生调Q的基频激光，并使之通过晶体中相应的倍频方向将基频激光转换为倍频激光，从而使其能够有效降低电气系统的技术指标，提高其调制频率，简化其设计，实现其小型化的目的。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种F-P构型调Q倍频激光器，它包括：

用于通过泵浦光并产生基频激光的激光工作介质；

F-P标准调Q倍频器件，所述F-P标准调Q倍频器件设置在激光工作介质的后方，并且所述F-P标准调Q倍频器件由具有电致伸缩效应和倍频光学效应的晶体制成，所述F-P标准调Q倍频器件的电致伸缩方向与基频激光在所述F-P标准调Q倍频器件所对应的倍频方向重合，当所述F-P标准调Q倍频器件的电致伸缩长度不满足基频激光的法布里-珀罗干涉条件时，所述F-P标准调Q倍频器件和激光工作介质之间组成振荡基频激光的激光谐振腔，当所述F-P标准调Q倍频器件的电致伸缩长度满足基频激光的法布里-珀罗干涉条件时，所述激光工作介质产生的基频激光沿倍频方向通过所述F-P标准调Q倍频器件，并当基频激光能力密度超过倍频转换阈值时在所述F-P标准调Q倍频器件内产生倍频激光输出。

进一步，所述激光工作介质具有位于前端的第一先光学端面和位于后端并靠近F-P标准调Q倍频器件的第一后光学端面，所述第一先光学端面上设置有对泵浦光增透和对基频激光全反射的第一介质膜，所述第一后光学端面上设置有对泵浦光全反射和对基频激光增透的第二介质膜，所述F-P标准调Q倍频器件具有位于后端的第二后光学端面和位于前端并靠近激光工作介质的第二先光学端面，所述第二先光学端面上设置有对基频激光高反射和对倍频激光高反射的第三介质膜，所述第二后光学端面上设置有对基频激光高反射和对倍频激光增透的第四介质膜。

进一步，所述激光工作介质为激光晶体或激光陶瓷或激光玻璃或激光光纤或激光染料。

进一步，所述F-P标准调Q倍频器件由LN材质或KN材质或LT材质或LI材质或石英材质制成。

进一步为了更好地保持F-P标准调Q倍频器件的稳定性，F-P构型调Q倍频激光器还包括基座，所述F-P标准调Q倍频器件的后端紧贴在基座上，并且基座的中心处设置有用于通过激光光束的通孔。

采用了上述技术方案后，由激光工作介质的第一先光学端面和F-P标准调Q倍频器件构成激光谐振腔，控制两者各光学端面上的镀膜使得该激光谐振腔中只有基频激光能够形成激光振荡，泵浦光由激光工作介质的第一先光学端面注入，使激光工作介质中产生反转粒子，反转粒子从高能级向低能级跃迁过程中辐射出光波，此光波为基频激光，只有沿光路传播的光波在谐振腔内的损耗最小，光波到达F-P标准调Q倍频器件时，由于该器件的第二先光学端面和第二后光学端面均对基频激光高反射，当施加在F-P标准调Q倍频器件上的电场使得光路的距离不满足基频激光的F-P干涉条件，此时F-P标准调Q倍频器件将把基频激光反射回激光谐振腔，使其沿光路反方向行进，直到被激光工作介质的第一先光学端面反射回激光谐振腔，基频激光在通过处于激发态的激光工作介质时获得增益，最终在激光谐振腔内形成基频激光的振荡。改变F-P标准调Q倍频器件上调制电场的电压，当第二先光学端面位移到图1中的虚线位置处, 第一先光学端面和第一后光学端面的距离若能满足基频激光的F-P干涉条件，此时基频激光在F-P标准调Q倍频器件上的透过率最大，在激光谐振腔内振荡的基频激光将沿光轴方向通过F-P标准调Q倍频器件，由于光轴方向与倍频方向重合，只要基频激光的能量密度高于倍频转换阈值，基频激光将转换为倍频激光，从而得到激光输出，这样就能够使其有效降低电气系统的技术指标，提高其调制频率，简化其设计，实现其小型化的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，一种F-P构型调Q倍频激光器，它包括：

用于通过泵浦光并产生基频激光的激光工作介质10；

F-P标准调Q倍频器件20，所述F-P标准调Q倍频器件20设置在激光工作介质10的后方，并且所述F-P标准调Q倍频器件20由具有电致伸缩效应和倍频光学效应的晶体制成，所述F-P标准调Q倍频器件20的电致伸缩方向与基频激光在所述F-P标准调Q倍频器件20所对应的倍频方向重合，所述F-P标准调Q倍频器件20对基频激光进行调Q和倍频，最终形成窄脉冲倍频激光输出，当所述F-P标准调Q倍频器件20的电致伸缩长度不满足基频激光的法布里-珀罗干涉条件时，所述F-P标准调Q倍频器件20和激光工作介质10之间组成振荡基频激光的激光谐振腔，当所述F-P标准调Q倍频器件20的电致伸缩长度满足基频激光的法布里-珀罗干涉条件时，所述激光工作介质10产生的基频激光沿倍频方向通过所述F-P标准调Q倍频器件10，并当基频激光能力密度超过倍频转换阈值时在所述F-P标准调Q倍频器件内产生倍频激光输出。具体地，在本实施例中，倍频方向即为F-P标准调Q倍频器件20的光学端面的法线方向，并据此确定电致伸缩效应所需施加电场的方向，能够使材料在调制电场作用下，在倍频方向上产生相应的长度变化，当设计的F-P构型调Q倍频激光器处于关断状态时，F-P标准调Q倍频器件20在电场作用下，F-P标准调Q倍频器件20的长度无法使基频激光满足F-P干涉条件，即F-P标准调Q倍频器件20对基频激光高反射，选定的基频激光只能在激光谐振腔中往返振荡而无法输出；电场电压达到特定值时，F-P标准调Q倍频器件20的长度恰好能使基频激光形成F-P干涉，此时基频激光在该F-P标准调Q倍频器件20上的透过率最大，形成基频激光输出，当其沿着相应的倍频方向通过F-P标准调Q倍频器件20时，只要能量密度超过倍频阈值，就能够转换为倍频激光。

如图1所示，所述激光工作介质10具有位于前端的第一先光学端面11和位于后端并靠近F-P标准调Q倍频器件20的第一后光学端面12，所述第一先光学端面11上设置有对泵浦光增透和对基频激光全反射的第一介质膜，所述第一后光学端面12上设置有对泵浦光全反射和对基频激光增透的第二介质膜，所述F-P标准调Q倍频器件20具有位于后端的第二后光学端面22和位于前端并靠近激光工作介质10的第二先光学端面21，所述第二先光学端面21上设置有对基频激光高反射和对倍频激光高反射的第三介质膜，所述第二后光学端面22上设置有对基频激光高反射和对倍频激光增透的第四介质膜；其中，所述第二后光学端面22和第二先光学端面21相互平行，第一先光学端面11和第一后光学端面12相互平行。

所述激光工作介质为激光晶体或激光陶瓷或激光玻璃或激光光纤或激光染料。

所述F-P标准调Q倍频器件20由LN材质或KN材质或LT材质或LI材质或石英材质制成。

如图1所示，F-P构型调Q倍频激光器还包括基座30，所述F-P标准调Q倍频器件20的后端紧贴在基座30上，并且基座30的中心处设置有用于通过激光光束的通孔。选取导热性良好、热变形小的材料制作基座30，保持F-P标准调Q倍频器件20的位置稳定并控制其工作时的温度。

在本实施例中，所述激光工作介质10采用端面泵浦方式，当然其也可以采用侧面泵浦方式。

本发明的工作原理如下：

由激光工作介质10的第一先光学端面11和F-P标准调Q倍频器件20构成激光谐振腔，控制两者各光学端面上的镀膜使得该激光谐振腔中只有基频激光能够形成激光振荡，泵浦光由激光工作介质10的第一先光学端面11注入，使激光工作介质10中产生反转粒子，反转粒子从高能级向低能级跃迁过程中辐射出光波，此光波为基频激光，只有沿光路传播的光波在谐振腔内的损耗最小，光波到达F-P标准调Q倍频器件20时，由于该器件的第二先光学端面21和第二后光学端面22均对基频激光高反射，当施加在F-P标准调Q倍频器件20上的电场使得光路的距离不满足基频激光的F-P干涉条件，此时F-P标准调Q倍频器件20将把基频激光反射回激光谐振腔，使其沿光路反方向行进，直到被激光工作介质10的第一先光学端面11反射回激光谐振腔，基频激光在通过处于激发态的激光工作介质10时获得增益，最终在激光谐振腔内形成基频激光的振荡。改变F-P标准调Q倍频器件20上调制电场的电压，当第二先光学端面21位移到图1中的虚线位置处, 第一先光学端面11和第一后光学端面12的距离若能满足基频激光的F-P干涉条件，此时基频激光在F-P标准调Q倍频器件20上的透过率最大，在激光谐振腔内振荡的基频激光将沿光轴方向通过F-P标准调Q倍频器件20，由于光轴方向与倍频方向重合，只要基频激光的能量密度高于倍频转换阈值，基频激光将转换为倍频激光，从而得到激光输出，这样就能够使其有效降低电气系统的技术指标，提高其调制频率，简化其设计，实现其小型化的目的。

具体介绍四例来介绍F-P构型调Q倍频激光器：

1、532nm电光调Q倍频激光器（Nd:YVO₄+LN）

以LN晶体加工F-P标准调Q倍频器件20，Nd:YVO₄激光晶体为激光工作介质10，选择的基频激光为1064nm，确定其在LN晶体中的相位匹配方向，此方向即为F-P标准调Q倍频器件20光学端面的法线方向及电致伸缩方向，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YVO₄激光晶体，在F-P标准调Q倍频器件20上施加合适电场，当F-P标准调Q倍频器件20对1064nm激光处于高通过状态时，LN晶体内产生倍频激光并输出。

2、532nm电光调Q倍频激光（Nd:YAG+LN）

以LN晶体加工F-P标准调Q倍频器件20，Nd:YAG激光晶体为激光工作介质10，选择的基频激光为1064nm，确定其在LN晶体中的相位匹配方向，此方向即为F-P标准调Q倍频器件20光学端面的法线方向及电致伸缩方向，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YAG激光晶体，在F-P标准调Q倍频器件20上施加合适电场，当F-P标准调Q倍频器件20对1064nm激光处于高通过状态时，LN晶体内产生倍频激光并输出。

3、532nm电光调Q倍频激光（Nd:YVO₄+LT）

以LT晶体加工F-P标准调Q倍频器件20，Nd:YVO₄激光晶体为激光工作介质10，选择的基频激光为1064nm，确定其在LT晶体中的相位匹配方向，此方向即为F-P标准调Q倍频器件20光学端面的法线方向及电致伸缩方向，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YVO₄激光晶体，在F-P标准调Q倍频器件20上施加合适电场，当F-P标准调Q倍频器件20对1064nm激光处于高通过状态时，LT晶体内产生倍频激光并输出。

4、473nm电光调Q倍频激光（Nd:YVO₄+LN）

以LN晶体加工F-P标准调Q倍频器件20，Nd:YVO₄激光晶体为激光工作介质10，选择的基频激光为946nm，确定其在LN晶体中的相位匹配方向，此方向即为F-P标准调Q倍频器件20光学端面的法线方向及电致伸缩方向，808nmLD激光以端面泵浦方式注入Nd:YVO₄激光晶体，在F-P标准调Q倍频器件20上施加合适电场，当F-P标准调Q倍频器件20对946nm激光处于高通过状态时，LN晶体内产生倍频激光并输出。

以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。