一种自稳定被动调Q激光器的制作方法

本发明涉及调Q激光器技术领域，特别涉及一种自稳定被动调Q激光器。

背景技术：

为了满足工业生产、激光医疗、军事应用及基础科学研究等领域对窄脉宽、高峰值功率脉冲激光的需求，调Q技术应运而生。其通过控制谐振腔的损耗因子(或Q值)按照一定规律变化，在泵浦激励的开始阶段，使谐振腔具有高损耗(低Q值)，令激光器具有高阈值而无法产生激光振荡，注入的能量逐渐积累至较高水平。而后在恰当的时刻，使腔的损耗因子突然降低(高Q值)，阈值随之降低至较低水平，此时积累的能量将在极短时间内转变为激光能量，形成一个窄脉宽、高峰值功率激光脉冲输出。

调Q方法通常分为主动调Q和被动调Q，被动调Q是在腔内设置可饱和吸收体，利用其饱和吸收效应周期性控制谐振腔损耗来获得脉冲输出。当泵浦过程开始时，可饱和吸收体吸收系数大，谐振腔损耗较大，激光器无法建立振荡。随着增益介质中能量的积累，自发辐射逐渐增强，到一定程度时，可饱和吸收体的吸收系数将显著下降，使激光器中增益大于损耗，开始由自发辐射中建立起激光振荡。随着振荡带来的光强增加，可饱和吸收体的吸收系数将进一步明显下降，反过来促使激光光强更迅猛的增加，于是产生了激光不断加强的雪崩过程，形成激光脉冲输出。此种方式具有结构简单、体积小、脉宽更窄的特点，并且其不需要高压驱动源，成本低，可靠性以及系统兼容性较高，可广泛应用于高精度三维成像、环境探测、微细加工等领域。

然而，对于普通的被动调Q激光器而言，由于其脉冲依靠可饱和吸收体损耗的变化产生，与自身强度相关联，并从自发辐射中建立，故增益介质自发辐射噪声与泵浦光强度波动易对此过程造成影响，进而使激光器输出脉冲的间隔时间及脉冲能量极易抖动，限制了激光器性能的提高，不利于实际应用。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种依靠自身的脉冲调控来提高输出稳定性的被动调Q激光器，解决了传统被动调Q激光器稳定性易受增益介质自发辐射噪声与泵浦光强度波动影响的问题。

本发明的技术方案：一种自稳定被动调Q激光器，包括激光泵浦源、增益介质、可饱和吸收体、输出腔镜、分光镜、衰减器、光纤延迟器以及全反射镜；

增益介质、可饱和吸收体及输出腔镜从左到右依次共光轴放置构成谐振腔，吸收激光泵浦源输出的能量，产生并输出被动调Q脉冲激光；

分光镜表面镀制对应谐振腔输出激光波长的部分透过率膜层，分光镜将谐振腔输出激光的一部分透射，并作为调Q激光器的输出端输出，将另一部分截取并反射向激光脉冲反馈器，所述的激光脉冲反馈器由衰减器、光纤延迟器以及全反射镜从左到右依次共光轴放置构成；同时可将经脉冲反馈器反馈处理后输出的激光的一部分截取并反射回谐振腔；

激光脉冲反馈器将分光镜截取并反射来的谐振腔输出的激光脉冲延迟一段时间并进行能量衰减后，再经由分光镜反馈回谐振腔，在谐振腔的下一个输出脉冲由自发辐射形成前重新进入谐振腔，以取代自发辐射，在自身的基础上建立新的激光振荡，形成新的下一个被动调Q脉冲并输出腔外。

所述激光泵浦源为半导体激光二极管。

所述增益介质为固体增益介质，将能量储存于其中，用于产生与放大腔内振荡激光；增益介质靠近泵浦源的一侧镀有针对泵浦光的高增透膜层以及针对振荡激光的高反射膜层，形成谐振腔反射镜。

所述可饱和吸收体为固体介质或液体介质，用于在谐振腔内产生被动调Q激光脉冲输出。

输出腔镜为凹面镜或平面镜，面向增益介质的一面镀制针对振荡激光的部分透过膜层以及针对泵浦光的高透射膜层，用于耦合输出腔内激光，并过滤未被增益介质吸收的泵浦光。

衰减器由一组中性密度滤光片组成。

全反射镜为平面镜，面向光纤延迟器的一侧表面镀制针对谐振腔输出激光波长的高反射膜层。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明提供的这种自稳定被动调Q激光器，谐振腔以被动调Q方式输出激光脉冲，被分光镜截取一部分并作为信号注入脉冲反馈器，经合适的时间延迟和能量衰减后，在谐振腔的下一个脉冲由自发辐射形成前重新进入谐振腔，取代自发辐射。谐振腔将在这个信号的基础上建立新的激光振荡，形成新的下一个被动调Q脉冲输出腔外。如此循环往复，将形成一系列激光器自身控制下的脉冲序列输出。由于每个脉冲都是在上一个脉冲的基础上建立起来，由上一个脉冲的一部分作为“种子”形成振荡，而不是由自发辐射形成，故脉冲不易受增益介质自发辐射噪声与泵浦光强度波动的影响，脉冲时间间隔及能量稳定性可得以有效提高。并且此稳定性提高过程为激光器自身行为，不需外加复杂的控制设备，较大地拓展了激光器的应用范围。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如下，其中：

图1为本发明一种自稳定被动调Q激光器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1示出了本发明提出的自稳定被动调Q激光器的结构。如图1所示，该激光器包括：激光泵浦源1、增益介质2、可饱和吸收体3、输出腔镜4、分光镜5、衰减器6、光纤延迟器7以及全反射镜8。

其中激光泵浦源1位于增益介质2的一侧，将满足一定空间分布的、特定波长的泵浦光射入增益介质，用于向增益介质提供激励能量，维持激光器运转，泵浦光的光谱需与增益介质的吸收光谱相匹配，以实现较好的吸收率。

其中增益介质2、可饱和吸收体3以及输出腔镜4依次同轴放置于光路上，构成被动调Q激光器谐振腔。增益介质2靠近激光泵浦源1的表面镀制针对振荡激光的全反射膜层以及针对泵浦光的高增透膜层，以作为谐振腔的全反射镜与泵浦光的输入镜；增益介质2可吸收泵浦光，并将能量储存于其中，用于产生与放大腔内振荡激光。可饱和吸收体3由具有可饱和吸收效应的晶体或液体构成，其吸收系数随着入射到其上光强的增加而减小，用于在谐振腔内产生被动调Q激光脉冲输出。输出腔镜4为凹面镜或平面镜，面向增益介质的一面镀制针对振荡激光的部分透过膜层以及针对泵浦光的高透射膜层，用于耦合输出腔内激光，并过滤未被增益介质吸收的泵浦光。

其中衰减器6，光纤延迟器7以及全反射镜8依次放置于光路上，构成激光脉冲反馈器。衰减器6由一组中性密度滤光片组成，通过增减其中的滤光片，可以按比例对透过的激光进行定标衰减，以获得满足所需能量要求的激光脉冲；光纤延迟器由一根特定长度的光纤组成，可使输出激光脉冲在其中获得特定的时间延迟，延迟时间由光纤长度及光在该光纤介质中的光速决定。全反射镜8为平面镜，面向光纤延迟器7的一侧表面镀制针对谐振腔输出激光波长的高反射膜层，以使激光可以反向输出此脉冲反馈器。

所述分光镜5表面镀制对应谐振腔输出激光波长的部分透过率膜层，用于将谐振腔输出激光的一部分输出激光器，将另一部分截取并反射向脉冲反馈器；同时可将脉冲反馈器输出激光的一部分截取并反射回激光谐振腔。

在激光器运转时，谐振腔以被动调Q方式输出激光脉冲，被分光镜5截取了一部分并作为信号注入脉冲反馈器，经合适的时间延迟和能量衰减后，在谐振腔的下一个输出脉冲由自发辐射形成前重新进入谐振腔，取代自发辐射。谐振腔将在这个信号的基础上建立新的激光振荡，形成新的下一个被动调Q脉冲输出腔外。如此循环往复，将形成一系列激光器自身控制下的脉冲序列输出。由于每个脉冲都是在上一个脉冲的基础上建立起来，由上一个脉冲的一部分作为“种子”形成振荡，而不是由彼此无关的自发辐射形成，故脉冲不易受增益介质自发辐射噪声与泵浦光强度波动的影响，脉冲时间间隔及能量稳定性可得以有效提高。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、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。