专利名称：一种紧凑型多脉冲电光调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，尤其是一种紧凑型多脉冲电光调Q固体激光器。
背景技术：
采用电光调Q的多脉冲输出激光器输出的单脉冲能量在百毫焦左右，脉冲宽度 10-20ns。这种激光器在高速激光摄影、激光测速、离子图像测速(PIV)，激光医疗等领域有 广泛的应用。但普通的多脉冲激光器输出的脉冲序列产生自同一泵浦过程，即闪光灯一次 泵浦过程中多次触发电光Q开关，从而输出多个脉冲，由于电光Q开关在闪光灯同一泵浦的 不同延时位置开闭，此时输出的脉冲序列很难控制其能量的一致性，并且输出脉冲能量受 到限制，脉冲间隔可调范围也很小。此外激光器运行过程中产生的废热必须以有效手段排出，否则会使激光介质产生 严重的热效应，阻碍激光器输出能量和光束质量的提高，甚至会导致泵浦源和激光介质热 破裂。普通的灯泵激光系统，例如在中国专利CNM48586Y，CN2158094Y中所公开的，一般采 用水冷手段将闪光灯和激光介质产生的热量带走。这样虽然可很好地满足系统冷却要求， 但附加的水冷设备包括了水箱、水循环管道、水箱散热器、水箱电源等设备，大大增加了系 统的体积和复杂性，不利于系统的小型化。市场急需获得一种体积小，结构简单，免维护，且 可多脉冲大能量输出的固体激光器。因此，保证固体激光器在大能量多脉冲输出时具有良 好的散热特性，采用非水冷的方式及时排走泵浦源和激光介质所散发的热量，从而减少激 光器的体积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，提供一种紧凑型多脉冲电光调Q固体 激光器。该固体激光器采用风冷的方式为泵浦模块提供冷却，省却了水冷机构，大大减小了 系统体积；采用电光调Q方式，可得到窄脉宽、脉冲可控的激光输出；采用闪光灯泵浦方式， 减小了系统的复杂性，并可得到大的脉冲能量输出。本发明的技术方案为一种紧凑型多脉冲电光调Q固体激光器，其特征在于包括 激光电源和侧面安装有风冷通道的激光头，激光头内部依次具有输出镜、闪光灯泵浦模块、 偏振片、电光调Q开关和全反镜，脉冲强度和时序可调的激光电源连接所述闪光灯泵浦模 块和电光调Q开关以提供脉冲信号。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。本激光器的激光电 源同时连接闪光灯泵浦模块和电光调Q开关，闪光灯由激光电源多次泵浦，脉冲序列的每个脉冲尖峰都是基于独立的泵浦过程，因此可得到更大的脉冲能量；由于每个泵浦脉冲的 注入能量以及相应触发激光的延时都可调，因此可以得到能量输出一致性很高的激光脉冲 序列输出，脉冲间隔可调的范围也大大增加。在激光头上具有风冷通道，采用风冷的方式实 现对激光介质和泵浦闪光灯的高效均勻冷却，避免了采用庞大的水冷设备，既减少了系统 的体积，又省略了对于冷却系统的维护。所述激光头侧面安装的风冷通道与闪光灯泵浦模块连通，采用风冷方式为所述闪 光灯泵浦模块提供冷却。冷却通道直接和闪光灯泵浦模块连接，提高了系统冷却效率。所述闪光灯泵浦模块为常见的水冷闪光灯泵浦模块，但该泵浦模块中并不通水， 而是采用该泵浦模块的冷却水进出通道作为风冷通道进行冷却。采用常见的水冷闪光灯泵 浦模块作为可风冷的泵浦模块使得系统的制造、维护更加简便。所述闪光灯泵浦模块中包括闪光灯和激光介质，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(Nd YLF)。所述激光电源为输出由多序列脉冲的激光电源。这样使得系统间歇式工作，进一 步优化了系统冷却效果。在所述闪光灯泵浦模块和电光调Q开关之间还有λ /4波片。在输出镜外的激光出射光路上具有倍频晶体，倍频晶体可以是KTP晶体，以此实 现激光倍频，输出532nm的绿光。所述电光调Q开关KD*P晶体、BBO晶体或Li NbO3晶体。所述激光电源和所述激光头集成在机箱内。本实用新型的有益效果是1、采用风冷方式，通过优化的冷却通道，实现对激光介质和泵浦闪光灯的高效均 勻冷却，结合间歇式工作方式(工作间隙不大于20s)，完全可满足系统的冷却需求，并且使 系统构成简化，因此系统可集成为一个小的体积，大小如普通台式电脑机箱，实现整机紧凑 化、小型化、免维护。2、激光电源同时连接闪光灯泵浦模块和电光Q开关，闪光灯由激光电源多次泵 浦，脉冲序列的每个脉冲尖峰都是基于独立的泵浦过程，因此可得到更大的脉冲能量；同时 由于每个泵浦脉冲的注入能量以及相应触发激光的延时都可调，因此可以得到能量输出一 致性很高的激光脉冲序列输出，并且脉冲间隔可调的范围也大大增加。在一个实施例中，能 够实现单脉冲能量140mJ的输出。2、在激光介质和全反镜之间放置λ/4波片，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、系统采用闪光灯泵浦的方式，减少了系统的复杂性。以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明；
图1是本实用新型的紧凑型多脉冲电光调Q固体激光器。图2是激光电源输出的脉冲信号。图中1.机箱，2.激光头，3.风冷通道，4.激光电源，5.输出镜，6.闪光灯泵浦模块，7.偏振片，8.电光调Q开关，9.全反镜，10. λ/4波片。
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 新型中的紧凑型多脉冲电光调Q固体激光器，包括激光电源4和侧面安装有风冷通道的激 光头2，激光头2内部依次具有输出镜5、闪光灯泵浦模块6、偏振片7、电光调Q开关8和全 反镜9，激光电源4连接闪光灯泵浦模块6和电光调Q开关8以提供脉冲信号。闪光灯泵 浦模块包括闪光灯和激光介质，在激光头2上安装有风冷通道3，并与闪光灯泵浦模块6连 通，采用风冷方式为所述闪光灯泵浦模块提供冷却。由于采用风冷方式，省却了水冷机构， 大大减小了系统体积。在一个实施例中，可以采用常见的水冷却闪光灯泵浦模块，但该泵浦 模块的冷却水进出通道并不通水，而是采用该泵浦模块的冷却水进出通道3作为风冷通道 3进行冷却。激光电源4为脉冲激光电源。在一个实施例中，可以采用脉冲强度和时序可调的 激光电源。激光电源4同时连接闪光灯泵浦模块6和电光Q开关8，闪光灯由激光电源多 次泵浦，脉冲序列的每个脉冲尖峰都是基于独立的泵浦过程，因此可得到更大的脉冲能量； 同时由于每个泵浦脉冲的注入能量以及相应触发激光的延时都可调，因此可以得到能量输 出一致性很高的激光脉冲序列输出，并且脉冲间隔可调的范围也大大增加。更进一步的，参 见图2，该激光电源4输出的泵浦脉冲信号由多序列脉冲组成，每个序列中各个脉冲强度可 控，相邻两次泵浦脉冲之间延时可调。这样，激光器可以采用间歇式工作模式，在一个实施 例中工作间隙不大于20秒，从而进一步满足系统采用风冷式冷却。激光电源4和激光头2 集成在机箱1内。因此系统可集成为一个小的体积，大小如普通台式电脑机箱，实现整机紧 凑化、小型化、免维护。由于激光介质在高温下会发生热致双折射效应，通过偏振片7形成的偏振光通过 激光介质后偏振态发生变化，再次通过偏振片7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。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(Nd:YLF)。偏振片7与谐振腔光轴成布儒斯特角。电光调Q开关为KD*P 晶体、BBO晶体或Li = NbO3晶体。还可以在位于激光头2内部，输出镜5外部的激光出射光 路上具有倍频晶体，倍频晶体可以是KTP晶体，以此实现激光倍频，输出532nm的绿光。。具体的来说激光电源4为输出多序列脉冲的激光电源，采用多序列脉冲对闪光 灯泵浦模块进行脉冲泵浦。1个序列中包含多个脉冲，如附图2所示，1个脉冲序列中包含三 个泵浦注入电压，泵浦注入电压为700伏至1200伏，第一泵浦注入电压和第二泵浦注入电 压之间的时间间隔为100μ s至900 μ s，第二泵浦注入电压和第三泵浦注入电压的时间间 隔为IlOys至900ys，该时间间隔的步长，即最小调整单位为10ys。泵浦注入电压的脉 冲宽度为130ms，脉冲序列之间的时间间隔最大可为20秒。电光调Q开关为磷酸二氘钾晶 体(KD*P)。偏振片7与光轴成布儒斯特角，在KD*P和全反镜之间放置λ/4波片10。全反 镜9镀波长为1064全反膜，输出镜5镀1064nm部分透过膜。激光输出波长1064nm。在一 个具体的实施例中，第一泵浦注入电压为1100伏，第二泵浦注入电压为780伏，第三泵浦注 入电压为730伏，第一泵浦注入电压和第二泵浦注入电压之间的时间间隔为110微秒，第二 泵浦注入电压和第三泵浦注入电压的时间间隔为110微秒，得到激光输出脉冲能量140mJ，脉宽12ns，能量稳定性 ≤4%，三脉冲不一致性≤6%。 本实用新型的电光调Q固体激光器可多脉冲大能量输出，脉冲能量及时序可控， 整机小紧凑，结构简单，性能稳定，免维护。在高速激光摄影、激光测速、离子图像测速 (PIV)、激光医疗等领域有广泛的应用前景。
权利要求1.一种紧凑型多脉冲电光调Q固体激光器，其特征在于包括激光电源和侧面安装有 风冷通道的激光头，激光头内部依次具有输出镜、闪光灯泵浦模块、偏振片、电光调Q开关 和全反镜，脉冲强度和时序可调的激光电源连接所述闪光灯泵浦模块和所述电光调Q开关 以提供脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述激光头侧面安装的 风冷通道与闪光灯泵浦模块连通，采用风冷方式为所述闪光灯泵浦模块提供冷却。
3.根据权利要求2所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述闪光灯泵浦模块为 水冷闪光灯泵浦模块，采用水冷闪光灯泵浦模块的冷却水进出通道作为所述风冷通道。
4.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于所述闪光灯泵浦模块中 包括闪光灯和激光介质。
5.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，其特征在于所述激光电源为输出多 序列脉冲的激光电源。
7.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于在所述闪光灯泵浦模块 和电光调Q开关之间有λ /4波片。
8.根据权利要求1所述的电光调Q固体激光器，其特征在于在输出镜外的激光出射 光路上具有倍频晶体。
9.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开关为KD*P 晶体、BBO晶体或Li NbO3晶体。
10.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电源和所述激 光头集成在机箱内。
专利摘要一种紧凑型多脉冲电光调Q固体激光器，包括激光电源和侧面安装有风冷通道的激光头，激光头内部依次具有输出镜、闪光灯泵浦模块、偏振片、电光调Q晶体和全反镜，脉冲强度和时序可调的激光电源连接闪光灯泵浦模块和电光调Q开关以提供脉冲信号。闪光灯泵浦模块为水冷闪光灯泵浦模块，采用水冷闪光灯泵浦模块的冷却水进出通道作为风冷通道。激光电源和激光头安装在机箱内。本实用新型可多脉冲大能量输出，脉冲能量及时序可控，整机小型紧凑，结构简单，性能稳定，免维护。
文档编号H01S3/092GK201853935SQ20102055751
公开日2011年6月1日 申请日期2010年10月12日 优先权日2010年10月12日
发明者刘光华 申请人:北京时代卓易科技发展有限公司