本发明涉及一种基于四方相钽铌酸钾晶体的低电压驱动电光调q开关器件，属于激光器件领域。
背景技术：
大脉冲、高重频、高低温适用激光器在医疗、科技和测量方面有广泛应用，特别是近年来在国防和国家安全领域如激光测距、激光拒止和红外对抗等方面都有十分迫切的需求。电光调q是直接产生大能量脉冲激光的实用技术。电光调q开关中应用最为广泛的是电光晶体。其中最常用的电光晶体有磷酸二氘钾（简称：dkdp）、铌酸锂（简称：ln）、偏硼酸钡（简称：β-bbo）、磷酸钛氧铷（简称：rtp）4种，它们满足了电光调q的基本需求，但具有一定局限性，其中dkdp晶体在重水溶液中生长，易潮解，不适于野外应用；ln光损伤阈值低，不适于在高功率激光下应用；β-bbo采用助熔剂方法生长，生长周期长且难获得大尺寸优质晶体，成品低，价格高；rtp晶体结构对称性低，需成对使用对晶体的双折射进行补偿，器件结构复杂、成本高、温度适用范围小。除上述特有晶体的局限外，现有电光开关的驱动电压都在1kv以上，对其使用过程中的安全性、电路设计等均要求苛刻。
钽铌酸钾（kta1-xnbxo3；0.4<x<0.7，简称：ktn）晶体是铌酸钾（knbo3，kn）和钽酸钾（ktao3，kt）的固熔体混晶，在室温下，ktn晶体随组分不同既可以以顺电相（立方相），又可以以铁电相（四方相或正交相）存在。可通过调节晶体的组分来调节晶体的对称性和物理性质。ktn晶体nb组分含量在0.4-0.7之间，处于四方相，具有大的线性电光系数（γ51=7850±1550pm/v），通过器件设计，可获得施加较低电场强度的情况下使相位发生改变，从而可以满足电光调q的要求。但传统思维表明四方晶系4mm点群的此类电光效应无实用价值：四方晶系4mm点群的线性电光晶体，施加电场后晶体相位差(t)大小与电光系数（γ51）和电场强度（e）的乘积的平方成正比（晶体长度及折射率为常数），通过分析线性电光系数一般在几十pm/v，即便电场强度e很大对相位差影响也会很小。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于四方相钽铌酸钾（简称：ktn）晶体的低电压驱动的电光调q开关。ktn晶体nb组分含量在0.4-0.7之间，利用其显著的线性电光效应进行元件和实验设计，提供一种在三百伏低电压驱动ktn晶体的可用电光调q开关。
本发明的技术方案如下：
一种基于四方相钽铌酸钾（简称：ktn）晶体的低电压驱动电光调q开关，其核心是一块ktn晶体，nb组分在0.4<x<0.7，晶体以提拉法生长。其组成包括：沿激光光路依次放置的偏振片、钽铌酸钾（ktn）晶体和四分之一波片，其中四分之一波片的光轴与通过四方相钽铌酸钾（ktn）晶体器件后激光的偏振方向成45度角。
根据本发明优选的，该电光调q开关中，所述四方相钽铌酸钾（ktn）晶体器件的通光面为边平行于钽铌酸钾晶体的x和y轴的正方形或长方形，边长为1-10mm，优选的为3-6mm。
根据本发明优选的，该电光调q开关中，所述四方相钽铌酸钾（ktn）晶体器件的通光方向为沿着钽铌酸钾晶体的光学主轴z方向，钽铌酸钾晶体器件的通光方向的长度为3-60mm，优选的通光方向长度为6-30mm。
根据本发明优选的，该电光调q开关中，所述四方相钽铌酸钾（ktn）晶体器件垂直于通光方向的面是表面光学抛光，且镀以对激光透过率大于99%的膜或者不镀膜；垂直于光学主轴z方向的xz或yz面镀以金属膜层作为电极，优选的是金膜和钛膜。
本发明的四方相ktn电光调q开关的应用，可通过金属膜加有重复频率的电场，调节ktn的折射率，获得电光调制脉冲激光输出，重复频率为1-1000hz之间。
本发明的四方相ktn电光调q开关中，偏振片是产生偏振和检测的器件，当偏振片可通过的偏振方向与激光的偏振方向相同时，可以使激光无损耗的通过，反之，则激光无法通过；ktn电光晶体通过外加电场实现电光调制双折射偏振光相位差；外加电场通过两端的电极在ktn晶体内部产生电场，使其晶体内部x和y方向的相对折射率发生变化，使其激光在寻常光和非寻常光的相对相位产生
原理说明：
当光线（此处指激光）通过四方相ktn电光晶体时，通过施加外加电场调制晶体折射中光之间的相对相位的过程。由于折射两束光的偏振方向是垂直的，任何偏振方式的光均可分解为这两类光的叠加形式；故可以旋转偏振片方向，保证激光入射面的偏振方向与出射面的偏振方向满足电光调q要求，最终实现电光调q过程。
本发明电光调q开关在应用时，具有以下优势：
1.结构紧凑。基于本发明四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，ktn晶体具有大的线性电光系数（γ51=7850±1550pm/v），即使较小的晶体纵横比，所施加的电场强度也不会很大，所以所需电光晶体尺寸较小。
2.设计简单。基于本发明四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，仅使用了偏振片、ktn晶体和四分之一波片，且激光腔使用较短的直腔设计，使设计更为简单。
3.成本低，便于产业化。基于本发明四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，ktn电光晶体生长工艺成熟，便于产业化。
4.结构稳定。基于本发明四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，所用元件较少，使其结构更为稳定，适合野外复杂环境使用。
5.安全性高。基于本发明四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，所施加在电光晶体上的四分之一波电压为150-200v，如果调大晶体纵横比，施加电压将会更低（低于100v），远低于其他电光器件电压值（kv），操作的安全性更高。
附图说明
图1为本发明的四方相钽铌酸钾（简称：ktn）电光调q开关示意图。
图2.为半导体（ld）端面泵浦、基于四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关示意图。
图3.为氙灯侧面泵浦、基于四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关示意图。
图面说明如下1为偏振片、2为表面镀以的金属膜的ktn晶体器件、3为四分之一波片、4为表面镀以金属层电极、5为激光增益介质、6为输入镜、7为输出镜、8为激光耦合系统、9为光纤、10为泵浦源，v表示所加的外部电场。
具体实施方式
为便于理解本发明的构造及各部分的性能，下面将列举实例进行详细说明，但不限于此。
实施例1：一种基于四方相钽铌酸钾低电压驱动电光调q开关一种电光开关，结构如图1所示，1为偏振片、2为表面镀以的金属膜的ktn晶体器件、3为四分之一波片以及ktn晶体表面的金属层电极4。偏振片1是产生偏振和检测的器件，四分之一波片3的光轴与通过钽铌酸钾（ktn）晶体器件后激光的偏振方向成45度角，四分之一波片是所用激光波长产生寻常光与非寻常光相位差为π/2。所述表面镀以的金属膜的ktn晶体器件2的通光面为边平行于钽铌酸钾（ktn）晶体的x和y轴的正方形，边长为3mm，垂直于通光方向的面表面光学抛光且镀以对1.06μm激光波长透过率大于99%的膜；垂直于光学主轴z方向的xz或yz面镀以金属层4作为电极，金属层为金膜；通光方向为沿着钽铌酸钾（ktn）晶体的z轴，长度为3mm。
实施例2：与实施例1所述，所不同的是表面镀以的金属膜的ktn晶体器件2的通光面为边平行于钽铌酸钾（ktn）晶体的x和y轴的正方形，边长为3mm，通光方向为沿着钽铌酸钾（ktn）晶体的z轴，长度为6mm。
实施例3：与实施例1所述，所不同的是表面镀以的金属膜的ktn晶体器件2的通光面为边平行于钽铌酸钾（ktn）晶体的x和y轴的正方形，边长为3mm，通光方向为沿着钽铌酸钾（ktn）晶体的z轴，长度为9mm。
实施例4：与实施例1所述，所不同的是表面镀以的金属膜的ktn晶体器件2的通光面为边平行于钽铌酸钾（ktn）晶体的x和y轴的正方形，边长为3mm，通光方向为沿着钽铌酸钾（ktn）晶体的z轴，长度为12mm。
实施例5：与实施例1所述，所不同的是表面镀以的金属膜的ktn晶体器件2的通光面为边平行于钽铌酸钾（ktn）晶体的x和y轴的长方形，施加电场的场距为3mm，长为5mm，通光方向为沿着钽铌酸钾（ktn）晶体的z轴，长度为15mm。
上述实施例1-5中的表面镀以的金属膜的ktn晶体器件2，适用于以下实施例6到11。
实施例6：半导体（简称：ld）端面泵浦、基于四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，结构如图2所示，一种电光调q激光器，设置有输入镜6、增益介质5、偏振片1、ktn电光调q开关2、四分之一波片3、金属层电极4、输出镜7、激光耦合系统8、光纤9，泵源10是ld。波长为808nm的ld充当泵源，经过光纤9传输进入激光耦合系统8进行光束耦合，并聚焦在激光增益介质5的表面，激光增益介质5为钕掺杂的钒酸钇晶体（nd:yvo4）晶体，用于产生1.064μm波长的激光。输入镜6镀1.064μm波段激光的全反膜，输出镜7,曲率半径为100mm，镀1.064μm波段激光透过率为5%的介质膜。加大ld的泵浦功率，调节ktn电光调q开关的重复频率为1hz，可获得输出为1hz的脉冲激光。
实施例7：与实施例6所述，所不同而是输出镜的曲率半径为200mm、透过率为10%，同时ktn电光调q开关的重复频率为10hz，加大泵浦功率，可获得重复频率为10hz的激光。
实施例8：与实施例6所述，所不同而是输出镜的曲率半径为500mm、透过率为20%，同时ktn电光调q开关的重复频率为1hz，加大泵浦功率，可获得重复频率为1hz的激光。
实施例9：为氙灯侧面泵浦、基于四方相钽铌酸钾（简称：ktn）低电压驱动电光调q开关，结构如图3所示，该装置包括输入镜6、增益介质5、偏振片1、ktn电光调q开关2、四分之一波片3、金属层电极4、输出镜7以及氙灯光源10。激光增益介质5为钕掺杂钇铝石榴石晶体（nd:yag）用于产生1.06μm的激光，输入镜6镀1.06μm波段激光的全反膜，输出镜7,曲率为300mm，镀1.06μm波段激光透过率为50%的介质膜，同时ktn电光调q开关的重复频率为1hz，加大泵浦功率，可获得重复频率为1hz的激光。
实施例10：与实施例9所述，所不同而是输出镜的曲率半径为500mm、透过率为30%，同时ktn电光调q开关的重复频率为10hz，加大泵浦功率，可获得重复频率为10hz的激光。
实施例11：与实施例9所述，所不同而是输出镜的曲率半径为1000mm、透过率为20%，同时ktn电光调q开关的重复频率为100hz，加大泵浦功率，可获得重复频率为100hz的激光。