一种偏振无关电光q开关的制作方法
【专利摘要】本发明涉及激光领域的发明专利，特别涉及一种偏振无关电光Q开关。本发明采用电光晶体的两通光面上光胶偏振分光元件与偏振合光元件（walk-off晶体），使得自由空间的电光开关也可以进行偏振无关操作。同时在walk-off晶体另一侧光胶上直角棱镜，通过激光在腔内全内反射数次穿过，增加了电光晶体的等效长度来降低电光晶体的半波电压，实现了较低的调制电压。本发明的电光开关结构简单、驱动电压低，可以用作激光器的调Q开关，也可作为光强调制器件，应用光通讯等领域。
【专利说明】一种偏振无关电光Q开关
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光器件领域，尤其是涉及一种偏振无关电光Q开光。
【背景技术】
[0002]激光调Q技术是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中，从而使激光光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术。激光调Q技术的基础是一种特殊的光学元件一快速腔内光开关，一般称为激光调Q开关或简称为Q开关。激光调Q技术的目的是:压缩脉冲宽度，提高峰值功率。
[0003]Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标，一个品质因数。Q值定义=2π X谐振腔内储存的能量/每震荡周期损耗的能量。Q值愈高，所需要的泵浦阈值就越低，亦即激光愈容易起振。在一般的脉冲固体激
光器中，若不采用特殊的措施，脉冲激光在腔内的振荡持续时间与光泵脉冲时间(毫秒量级左右)大致相同，因此输出激光的脉冲功率水平亦总是有限的。
[0004]电光Q开关就是激光调Q中的一种重要器件，它是利用晶体的电光效应，在晶体上加一阶跃式电压，调节腔内光子的发射损耗。开始工作时，晶体两端加一电压，由于晶体的偏振效应，谐振腔的损耗很大，Q值低，激光不振荡，激光上能级不断积累粒子数，Q开光处于关闭状态。某一特定时刻，突然撤去晶体两端电压，谐振腔突变至损耗低，Q值高，Q开关打开，形成巨脉冲激光。
[0005]在电光调Q器件中，与常用的电光晶体有KDP、铌酸锂(LN)等相比，偏硼酸钡(BBO)晶体抗损伤阈值与消光比更高；其次BBO晶体为单轴晶体，在较大的温度变化范围内BBO电光Q开关不会出现静态双折射现象，与其他电光晶体相比，BBO电光Q开关因温度变化引起的半波电压以及折射率变化最小。BBO晶体是三方晶系，在无外加电场时折射率椭球方程为
若在Y轴方向外加电场为时，折射率椭球发生形变，由此推导出BBO电光Q开关的半波电压为若取 d = 2 mm, I = 20 mm, no = 2.3, y 22 = 2.7 X 10-12 m/V, λ = 1064 nm,计算得出U = 4.3 kV。这是一个非常高的半波电压，将会对其他电子元器件造成干扰，同时高电压对操作人员也十分危险，同时对电源的要求也提高了。如果要降低加在电光晶体上的驱动电压，就要增加电光晶体的尺寸，大大增加成本。
[0006]同时由于电光开关通常放置于激光谐振腔内，而电光开关需要线偏光入射，最为典型的方案是采用带偏振器的设计。这种调Q方式要在开关外部加入起偏与检偏装置，提高了器件的复杂度，同时也增大了激光系统的大小。
【发明内容】
[0007]本发明克服了现有技术的不足，提供了一种偏振无关电光Q开关，通过增长长度，降低半波电压，其次通过walk-off晶体在Q开关中进行入射光的偏振化。
[0008]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案: 在电光晶体(103)的一个通光端面光胶上走离(walk-off)晶体(102),使得非偏振光能在walk-off晶体内形成两束线偏振光；在光电晶体的另一光出射端面光胶上walk-off晶体(104)，使得两束偏振光重新成为一束；在walk-off晶体后外侧光胶上两块直角棱镜(101、105)，其中一块棱镜(101)直角处磨成平面作为光的入射端口。
[0009]所述的电光晶体(103)为具有横向电光调制性能的长方体单轴晶体，电光晶体(103)光轴方向为z方向，电光晶体(103)上与光轴平行的两个Xz平面镀有导电金层，电压加载在Y轴方向，与光轴垂直的两个xy平面镀有增透膜。所述的棱镜(101、105)与walk-off晶体(102、104)的通光面均镀有增透膜；棱镜(101、105)的两直角反射面抛光。
[0010]本发明与常规电光Q调开关相比，其有效益果是，通过调整尺寸，可调节激光在BBO晶体中的穿过次数。从图3的对比图可以看到，本发明与常规电光调Q开关相比结构更加紧凑了，可以再不大幅度改变晶体长度尺寸的前提下，大幅降低电光晶体的驱动电压，从而减小对驱动电源输出能力的要求，同时对输入光的偏振度没有要求，且这种结构也可以应用在KDP、LN等晶体上。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明电光调Q光开关结构示意图；
图2为本发明的电光调Q开关中晶体电压加载方向图；
图3为本发明与常规电光调Q开关分别应用于激光腔内的对比图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明做进一步说明。本发明采用直角棱镜对光路进行偏折，调节激光在BBO晶体中的穿过次数，降低以BBO晶体为首的一类晶体的半波电压；在晶体两端加入walk-off晶体，使得自由空间的电光开关也可以进行偏振无关操作。
[0013]实施方式一:如图2所示，101为经过处理的直角棱镜，其直角处被磨平抛光，并镀有增透膜，形成一个棱台的形式。102与104为walk-off晶体，103为BBO晶体，105为直角棱镜。光从101切断端面入射，经过直角棱镜(101)，经过walk-off晶体(102)成为两束振动方向相互垂直线偏光ο光与e光；这两束光再穿过BBO晶体(103)然后在walk-off晶体(104)中合为一束；再由直角棱镜(105)的直角面两次反射回穿过walk-off晶体(104)。此时的walk-off晶体(104)已成为偏振分光元件，将光束重新分离成两束偏振方向相互垂直的线偏光穿过BBO晶体(103)。接着光束就不断在两个棱镜间往返，最后Wralk-off晶体(104)与直角棱镜(105)的缝隙处出射。这种结构不但增加了其等效长度，降低了半波电压，还直接在光电Q开关内部进行了光的偏振化处理。
[0014]尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种偏振无关电光Q开关,其特征在于:在电光晶体(103)的一个通光端面光胶上走离(walk-off)晶体(102),使得非偏振光能在walk-off晶体内形成两束线偏振光；在光电晶体的另一光出射端面光胶上walk-off晶体(104)，使得两束偏振光重新成为一束；在walk-off晶体后外侧光胶上两块直角棱镜(101、105)，其中一块棱镜(101)直角处磨成平面作为光的入射端口。
2.根据权利要求1所述的一种偏振无关电光Q开关，其特征在于:所述的电光晶体(103)为具有横向电光调制性能的长方体单轴晶体，电光晶体(103)光轴方向为z方向，电光晶体(103)上与光轴平行的两个XZ平面镀有导电金层，电压加载在Y轴方向，与光轴垂直的两个xy平面镀有增透膜。
3.根据权利要求1或2所述的一种偏振无关电光Q开关，其特征在于:所述的棱镜(101、105)与walk-off晶体(102、104)的通光面均镀有增透膜;棱镜(101、105)的两直角反射面抛光。
【文档编号】H01S3/115GK104201555SQ201410476898
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】校金涛, 吴季, 汪跃, 王城强, 欧阳靖, 陈伟 申请人:福建福晶科技股份有限公司