专利名称：：用于提高输出稳定性的调q激光器的制作方法
技术领域：
：本发明涉及激光
技术领域：
，具体为用于提高输出稳定性的调Q激光器。
背景技术：
：脉冲激光在工业加工、激光雷达、远程传感、非线性频率变换等领域发挥着重要的作用。尤其是高重复频率、高峰值功率、窄脉宽和紧凑型的脉冲激光器被应用于很多方面，如激光微加工、环境监测、医学诊断等。目前，被动调Q技术是比较常用的产生高重复频率、高峰值功率激光脉冲输出的最有效的方法之一，因此被广泛采用。被动调Q激光器只需在腔内插入可饱和吸收体，无需外部驱动源控制，具有体积小、结构简单、制作成本低等优点，但采用被动调Q技术的脉冲激光器在工业及军事应用中通常存在以下问题一、被动调Q激光器一般在阈值附近具有较高幅度稳定性和重复频率稳定性，但随着重复频率的提高，由于泵浦功率不稳定，导致输出脉冲幅度稳定性和重复频率稳定性大幅度降低(W.J.Mandeville,K.M.Dinndorf,et.al,CharacterizationofpassivelyQ—switchedmicrochiplasersforlaserradar,ProceedingsofSPIEjVol.2748，358-366);二、被动调Q激光器中由于可饱和吸收体的各向异性吸收特性，导致两个正交偏振的脉冲信号随机输出，不利于激光器稳定工作，极大限制了被动调Q激光器的广泛应用(Y.Wang,M.GongjP.Yanjetal.StablepolarizationshortpulsepassivelyQ-switchedmonolithicmicrochiplaserwith[110]cutCr4+:YAG[J].LaserPhys.Lett,2009，6(11)，788-790;R.BhandariandT.Taira,“MegawattlevelUVoutputfrom[110]Cr4+:YAGpassivelyQ-switchedmicrochiplaser,”Opt.Expressl9(23),22510-22514(2011)·)。根据发明人的技术调研，针对被动调Q激光器存在的第一个问题，即输出幅度不稳定和重复频率不稳定，已有文献资料报道通过增益预泵浦技术可以在很大程度上提高输出脉冲的幅度稳定度和重复频率稳定度(详见以下资料:WeiyuWang,MaliGong,etal.PulsecontrolofpassivelyQ-switchedmicrochiplaserwithCWpumpingmodulation,ProceedingsofSPIEjVol.3899，455-460;中国专利，公开号CN1265528A，获得稳定被动调Q激光器的增益预泵浦方法)；针对被动调Q激光器存在的第二个问题，即输出偏振方向不稳定，已有文献资料报道通过改变可饱和吸收体的切割方向从而实现稳定偏振的调Q脉冲激光输出(H.Sakai,A.SonejH.KanjandT.Tairajin:TechnicalDigestofthe20thAnniversaryMeetingAdvancedSolid-StatePhotonics,InclineVillage,NVjUSA，January29-February1，2006(ASSP2006)，paperMD2.；Y.Wang,M.Gong,P.Yanjetal.StablepolarizationshortpulsepassivelyQ-switchedmonolithicmicrochiplaserwith[110]cutCr4+:YAG[J].LaserPhys.Lett,2009，6(11)，788-790;R.BhandariandT.Taira,“MegawattlevelUVoutputfrom[110]Cr4+:YAGpassivelyQ-switchedmicrochiplaser,”Opt.Expressl9(23),22510-22514(2011).)。以上均不涉及利用增益预泵浦技术及偏振泵浦技术同时解决被动调Q激光器中输出不稳定的问题，包括幅度不稳定、重复频率不稳定和偏振方向不稳定的问题。本发明采用偏振光泵浦，同时采用增益预泵浦技术获得调Q激光器的稳定输出，具有低成本、简单有效、适用范围广、工作稳定可靠的应用前景。
发明内容本发明的目的在于提供用于提高输出稳定性的调Q激光器，该激光器具有结构紧凑、简单有效、工作稳定可靠、实用性强的优点。本发明特征在于，至少包含泵浦源、泵浦驱动系统、激光增益介质、可饱和吸收体、腔镜，所述泵浦源为半导体激光器，所发出的泵浦光为线偏振光，可直接或通过耦合透镜后入射到激光增益介质中，泵浦源的发射谱与激光增益介质的吸收谱匹配；增益预泵浦技术通过泵浦驱动系统实现；激光增益介质产生激光输出；所述激光增益介质和可饱和吸收体为两块分立的晶体，或者通过工艺结合成一种复合晶体，其结合工艺采用扩散键合、液相外延、气相外延、金属有机气相沉积四种工艺之一，或在激光增益介质中同时掺入激光增益离子和可饱和吸收离子，构成自饱和吸收的激光介质；所述腔镜包括一个后腔镜和一个耦合输出镜；后腔镜为镀有对泵浦源发射波长增透并对激光增益介质发射的激光波长高反的光学膜，其高反膜的反射率大于99%;耦合输出镜镀有对激光波长部分透过的光学膜。所述泵浦驱动系统首先在激光输出之前，施加一个低于激光泵浦阈值的预泵浦电流，进行反转粒子数积累，在预泵浦之后，叠加高于泵浦阈值的脉冲泵浦电流导致输出激光，如此循环进行驱动。所述后腔镜以光学介质膜的形式镀在激光增益介质面向泵浦源的端面上，对泵浦光增透，对激光波长高反射，其高反膜的反射率大于99%，该激光增益介质面向输出的通光面上镀有对激光波长增透的光学膜。所述激光器采用包括直腔、折叠腔、环形腔在内的各种腔型结构。本发明与现有技术相比，具有以下优点和突出性效果本发明提出的通过采用偏振光泵浦和增益预泵浦技术，从而用于提高输出稳定性的调Q激光器，具有简单有效、实用性强、适用范围广、工作稳定可靠的优势，解决了传统工业及军事应用中存在的输出幅度不稳定、重复频率不稳定和输出偏振方向不稳定的问题。图I为本发明提供的用于提高输出稳定性的调Q激光器第一个实施例的结构示意图。图2为本发明提供的用于提高输出稳定性的调Q激光器第二个实施例的结构示意图。图广图2中，I一半导体激光器，2—泵浦驱动系统，3—耦合透镜，4一后腔镜，5—激光增益介质，6—可饱和吸收体，7—稱合输出镜。具体实施例方式下面结合附图I对本发明作进一步说明图I为本发明提供的用于提高输出稳定性的调Q激光器的第一个实施例。本发明的思想可以应用于各种腔型的激光器，如直腔、折叠腔等；所述激光增益介质和可饱和吸收体为两块分立的晶体，或者通过工艺结合成一种复合晶体，其结合工艺采用扩散键合、液相外延、气相外延、金属有机气相沉积四种工艺之一，或在激光增益介质中同时掺入激光增益离子和可饱和吸收离子，构成自饱和吸收的激光介质。这里选用直腔、增益介质和可饱和吸收体扩散键合为一体的复合晶体作为本发明的一个方便说明的实施例。第一个实施例中采用半导体激光器I作为泵浦源，通过泵浦驱动系统2进行增益预泵浦，所发射的泵浦光为线偏振光，通过耦合透镜3聚焦后入射到激光增益介质5中。半导体激光器I的发射谱与增益介质5的吸收谱匹配。后腔镜4对泵浦光增透，对激光高反，其高反膜的反射率大于99%。在该实施例中后腔镜4以光学介质膜的形式镀在增益介质4面向泵浦的端面上。激光增益介质5为可以产生激光输出的、且可饱和吸收体6对其发射波长具有可饱和吸收特性的固态激光工作物质，如Nd:YAG、NdiYVO4,Nd:glass等。激光增益介质5面向输出的通光面上镀有对激光波长增透的光学膜。耦合输出镜7镀有对激光波长具有一定透过率的光学膜。可饱和吸收体被广泛应用在被动调Q激光器中，其吸收电偶极子具有确定的方向，这种效应通常使激光器输出线偏振光。在第一个实施例中，利用了可饱和吸收体的各向异性特性，采用偏振光泵浦，通过控制泵浦光的偏振特性使沿可饱和吸收体中吸收电偶极子的方向优先吸收泵浦光，增强了各向异性吸收损耗，从而使激光器输出稳定的线偏振光，由此提高了输出脉冲的偏振稳定度；同时通过泵浦驱动系统2实现对增益预泵浦，首先施加一个低于激光泵浦阈值的预泵浦电流，使增益介质中的反转粒子数积累到初始粒子反转数的阈值区域，在这个阶段Q开关不会开启，同时为下一阶段Q开关的开启积累足够的反转粒子数，强制在每次Q开关打开之前，使激光系统反转粒子数积累到接近初始粒子反转数的阈值区域，克服了可饱和吸收体反应速度慢、剩余反转粒子数不一致进而引起输出不稳定的问题，在预泵浦之后，通过叠加远高于泵浦阈值的泵浦脉冲电流导致输出激光，之后，泵浦恢复低于阈值的预泵浦电流，为下一次调Q做好准备，如此循环，进而提高了输出脉冲的幅度稳定度和重复频率稳定度。图2为本发明提供的用于提高输出稳定性的调Q激光器第二个实施例的结构示意图，其特征是，激光增益介质5和可饱和吸收体6为分立的两块晶体，其实施原理与本发明的第一个实施例基本相同。权利要求1.用于提高输出稳定性的调Q激光器，其特征在于，至少包含泵浦源、泵浦驱动系统、激光增益介质、可饱和吸收体、腔镜，所述泵浦源为半导体激光器，所发出的泵浦光为线偏振光，直接或通过耦合透镜后入射到激光增益介质中，泵浦源的发射谱与激光增益介质的吸收谱匹配；增益预泵浦技术通过泵浦驱动系统实现；激光增益介质产生激光输出；所述激光增益介质和可饱和吸收体为两块分立的晶体，或者通过工艺结合成一种复合晶体，其结合工艺采用扩散键合、液相外延、气相外延、金属有机气相沉积四种工艺之一，或在激光增益介质中同时掺入激光增益离子和可饱和吸收离子，构成自饱和吸收的激光介质；所述腔镜包括一个后腔镜和一个耦合输出镜；后腔镜为镀有对泵浦源发射波长增透并对激光增益介质发射的激光波长高反的光学膜，其高反膜的反射率大于99%;耦合输出镜镀有对激光波长部分透过的光学膜。2.根据权利要求I所述的用于提高输出稳定性的调Q激光器，其特征在于，所述泵浦驱动系统首先在激光输出之前，施加一个低于激光泵浦阈值的预泵浦电流，进行反转粒子数积累，在预泵浦之后，叠加高于泵浦阈值的脉冲泵浦电流导致输出激光，如此循环进行驱动。3.根据权利要求I所述的用于提高输出稳定性的调Q激光器，其特征在于，所述激光器为直腔、折叠腔或环形腔。全文摘要本发明涉及用于提高输出稳定性的调Q激光器，属于激光
技术领域：
。该激光器至少包括泵浦源、泵浦驱动系统、激光增益介质、可饱和吸收器件、腔镜。通过采用偏振光泵浦和增益预泵浦技术提高输出脉冲稳定性，包括偏振特性稳定性、幅度稳定性和重复频率稳定性。本发明具有简单有效、易于调节、工作稳定可靠、适用范围广等优势，解决了传统调Q激光器输出偏振方向不稳定，随着重复频率的提高，输出脉冲幅度稳定性和重复频率稳定性下降的问题。文档编号H01S3/11GK102882111SQ201210387950公开日2013年1月16日申请日期2012年10月14日优先权日2012年10月14日发明者李强,苏艳丽,罗旭,雷訇,惠勇凌,姜梦华申请人:北京工业大学