一种提高激光转盘斩波调q性能的装置及调q激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光技术领域，具体涉及一种提高激光转盘斩波调Q性能的装置及调Q激光器。
【背景技术】
[0002]激光调Q是产生窄脉冲和高峰值功率激光的主要技术方法之一。转盘斩波调Q相较于电光、声光以及被动调Q方式，具有关断效果好、结构简单、无附加吸收损耗和无用损耗、无波长及偏振选择性、可承受较高功率的优点。
[0003]1996 年，Chin-Lin Chen 在《Elements Of Optoelectronics And Fiber Optics》一书中表明了激光机械斩波转盘(Rotat1n Chopper)调Q的方法,是指在激光腔内插入一个转动的斩波转盘，斩波转盘由高速电机带动，其边缘有若干狭缝或小孔，当斩波转盘阻挡光路时，反转粒子数积累，当斩波转盘的通光孔与光路重合时，激光振荡形成，积累的反转粒子数在短时间内形成一个激光Q脉冲，从而实现激光调Q。但此方法对于大孔径、高能量、激光建立时间快的激光器实行转盘斩波调Q时存在缺陷:若取通光孔的直径大于激光介质的直径(通常选择)，会导致Q开关的开启时间增大，不利于实现激光调Q的快开关过程；若取通光孔的直径小于激光介质的直径，虽然可减小Q开关的开启时间，但会增加激光功率的无用损耗，减小激光振荡的模体积，激光介质储备的能量不能充分被利用。因此在2000年，叶小华等在《新型激光器机械调Q的分析与研究》一文中提出了两种改进方法:方法一是在激光谐振腔内附加正透镜，并在激光谐振腔内实焦点处进行斩波调Q ;方法二是在折叠腔中，由双凹共焦腔形成实焦点，同样是在腔内实焦点处进行斩波调Q。这两种方法虽然可以减小斩波转盘通光孔的直径，在电机转速不变的条件下，使Q开关的开关时间缩短，但在实际应用中仍然存在以下问题:激光谐振腔内存在实焦点对转盘斩波产生严重影响，特别是在大功率情况下，腔内光强太强，容易产生光频击穿现象，破坏激光振荡条件，导致激光器没有输出，严重时会损伤光学元件或者斩波转盘。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种提高激光转盘斩波调Q性能的装置及包含该装置的调Q激光器，装置利用伽利略式望远镜装置在激光谐振腔内的光束压缩作用，减少Q开关的开关时间，提高激光Q脉冲的重复频率，使得激光的模体积被充分利用，同时未在激光谐振腔内产生实焦点，避免产生光频击穿现象；并且可以采用同一个斩波转盘装置，实现多路同步调Q，并利用伽利略式望远镜在激光谐振腔外的激光合束作用，实现多路调Q脉冲激光的峰值功率叠加。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，提供一种提高激光转盘斩波调Q性能的装置，用于使激光器产生窄脉冲、大能量调Q激光，所述装置包括:
[0006]位于激光器谐振腔内部用于压缩激光光束直径的第一伽利略式望远镜装置和/或位于激光器谐振腔外部用于合并多路激光光束的第二伽利略式望远镜装置；
[0007]位于激光器谐振腔内部用于对压缩直径后的激光光束进行调Q的转盘斩波调Q器件。
[0008]在本发明所述的提高激光转盘斩波调Q性能的装置中，所述第一伽利略式望远镜装置中目镜为会聚透镜，物镜为发散透镜，所述会聚透镜为凸透镜、等效热透镜的激光介质、凸曲率端面激光介质中的任一种，所述发散透镜为凹透镜或凹曲率端面激光介质；所述第二伽利略式望远镜装置中目镜为会聚透镜，物镜为发散透镜，所述会聚透镜为消彗差凸透镜，所述发散透镜为凹透镜。
[0009]相应地，本发明还提供了一种提高激光转盘斩波调Q性能的装置，用于使激光器产生窄脉冲、大能量调Q激光，所述装置包括:
[0010]位于激光器谐振腔内部用于压缩激光光束直径的第一伽利略式望远镜装置和/或位于激光器谐振腔内部用于压缩任意相邻调Q脉冲激光光束的空间间距的第三伽利略式望远镜装置；
[0011]位于激光器谐振腔内部用于对压缩直径后的激光光束进行调Q的转盘斩波调Q器件。
[0012]在本发明所述的提高激光转盘斩波调Q性能的装置中，所述第一伽利略式望远镜装置中目镜为会聚透镜，物镜为发散透镜，所述会聚透镜为凸透镜、等效热透镜的激光介质、凸曲率端面激光介质中的任一种，所述发散透镜为凹透镜或凹曲率端面激光介质；所述第三伽利略式望远镜装置中目镜为会聚透镜，物镜为发散透镜，所述会聚透镜为凸透镜，所述发散透镜为凹透镜。
[0013]相应地，本发明还提供了一种调Q激光器，包括激光谐振腔、位于激光谐振腔内的用于产生激光光束的激光介质，所述激光器还包括上述提高激光转盘斩波调Q性能的装置。
[0014]在本发明所述的调Q激光器中，激光介质只有一个时，所述激光谐振腔依次包含有全反镜、转盘斩波调Q器件、第一伽利略式望远镜装置、激光介质、输出镜，所述输出镜与全反射镜的位置可以互换；所述第一伽利略式望远镜装置用于压缩激光谐振腔内的光束直径，以减少Q开关时间和提闻Q脉冲重复频率。
[0015]在本发明所述的调Q激光器中，激光介质大于一个时，所述激光谐振腔依次包含有全反镜、激光介质、转盘斩波调Q器件、输出镜；各路激光谐振腔与转盘斩波调Q器件中斩波转盘通光部位的分布相对应，呈圆周阵列等间距分布，当斩波转盘转动时，对多路激光进行同步调Q，第二伽利略式望远镜装置设置于激光谐振腔外，由各路激光谐振腔共用，用于将多路激光谐振腔输出的激光合并成单路激光，实现非相干光波叠加输出；激光介质大于一个时，对于多路激光同步调Q的情况，各路激光谐振腔内增设第一伽利略式望远镜装置用于压缩各路激光光束直径。
[0016]相应地，本发明还提供了一种调Q激光器，包括激光谐振腔、位于激光谐振腔内的用于产生激光光束的激光介质，所述激光介质大于一个且为偶数，所述激光器还包括上述提高激光转盘斩波调Q性能的装置。
[0017]在本发明所述的调Q激光器中，所述激光谐振腔依次包含有多面体棱镜、激光介质、转盘斩波调Q器件、第三伽利略式望远镜装置、输出镜；多面体棱镜用于折叠激光谐振腔，各路激光谐振腔与斩波调Q器件中斩波转盘通光部位的分布相对应，呈圆周阵列等间距分布，当斩波转盘转动时，对多路激光进行同步调Q ;第三伽利略式望远镜装置设置于激光谐振腔内，由各路激光谐振腔共用，用于压缩任意相邻调Q脉冲激光光束的空间间距，实现准相干光波叠加输出；激光介质大于一个时，对于多路激光同步调Q的情况，各路激光谐振腔内增设第一伽利略式望远镜装置用于压缩各路激光光束直径。
[0018]因此，本发明可以获得以下的有益效果:通过在激光谐振腔内设置第一伽利略式望远镜装置，光束压缩之后激光谐振腔内不产生实焦点，可以避免光频击穿；激光谐振腔内的光束经过第一伽利略式望远镜装置，出射光为直径减小一个数量级的平行光束，可以减少斩波转盘通光孔的直径，缩短Q开关的开关时间，有利于产生窄脉冲宽度的调Q激光；利用伽利略式望远镜装置的特性，使得激光介质的模体积得到充分利用，有利于调Q脉冲能量的充分释放，从而获得窄脉宽、大能量的调Q激光；转盘上的通光孔可以起到孔径光阑的作用，光束通过孔径光阑时，光束边缘部分的高阶模因光阑的阻挡受到损耗而被抑制掉，这种结构既保持了孔径光阑的横模选择特性，又扩大了基模体积，可提高激光的光束质量；通过斩波转盘，可进行N路激光同时斩波调Q，即使在高重复频率下，也可以保证同步输出N路激光Q脉冲；多路激光同步调Q时，多路激光由激光谐振腔外的第二伽利略式望远镜装置合并成单路非相干光输出，若各路激光参数相同，N路调Q激光经过合束之后的功率为单路调Q激光功率的N倍；激光介质大于一个且为偶数时，还可利用多面体棱镜和位于激光谐振腔内的第