專利名稱：雙脈沖燈泵固體激光器的制作方法
技術領域：
本發明涉及固體激光器的制備。
背景技術：
20世紀80年代發展起來的粒子圖像測速技術(partiele image veloeimetry, PIV)是在流場顯示基礎上，利用近期發展的計算機圖象處理技術對流場顯示進行定量化測量，從而實現對流場的瞬態測量，其應用范圍涵蓋了從低速風洞到超音速流動，從液體流動到氣體流動流場的測量。它不僅能顯示流場流動的物理形態，而且能夠提供瞬時全場流動的定量信息，使流動可視化研究產生從定性到定量的飛躍.PIV系統中關鍵部件脈沖激光器必須為高脈沖能量，高光束質量的雙脈沖輸出，以及在微秒量級的較寬的時序控制間隔。 目前為了獲得高光束質量的巨脈沖激光，一種方法是采用在腔中插入小孔光欄進行選模， 但輸出效率非常低；另一種方法為變反射率高斯鏡VRM (Variable Reflectivity Mirror) 與虛共焦腔非穩定腔激光技術結合在一起，從而實現了較高效率和較好模式的巨脈沖激光輸出。Lavision Laser (德國)、hnolas Laser (德國慕尼黑)Quantel laser (法國)等國外激光公司均開發出應用于流場測量的商品化雙脈沖激光器。德國^molas的燈泵浦 YAGMaster系列其532nm重復頻率為10Hz_50Hz，輸出波形為平臺型(flat top)，雙脈沖時序控制范圍在1 一 200微秒之間。法國Quantel公司的twins系列燈泵雙脈沖激光器重復頻率最高為30Hz，光斑分布都為超高斯分布。國內的時代卓易科技有限公司生產的 Turbolite脈沖調Q巨脈沖激光器最高頻率30Hz，532nm單脈沖能量30mJ，光斑為VRM分布。 國內鐳寶光電技術有限公司生產的vlite系列脈沖激光器532nm輸出1 15Hz，光斑分布為supermultimode (超多模分布)或VRM分布。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能夠實現高脈沖能量、高光束質量的雙脈沖輸出，以及在微秒量級的較寬的時序控制間隔的激光器。本發明采用如下技術方案一種1064nm雙脈沖燈泵固體激光器，該激光器包括由單個脈沖氙燈泵浦，電光Q開關，1/4波片、偏振片，單個Nd:YAG激光晶體組成的正支虛共焦非穩腔。其特征在于雙脈沖輸出由一個電光Q開關實現，通過給電光Q開關可調節的階梯形高壓來調整雙脈沖間隔及輸出能量。在Q開關運轉中，以光泵浦的方式將能量存儲在放大介質中，同時降低腔內的Q 值，阻止了激光振蕩的產生。雖然激活介質的儲能大，增益高，但腔內損耗也大，故閾值很高，遠遠超出產生激光的通常閾值，從而抑制了起振，使得激光上能級的反轉粒子數大量積累。能量存儲的時間即激光躍遷的上能級壽命量級。當突然恢復到高Q值時，儲能就以非常短的光脈沖釋放出來。由于激活介質的存儲能量建立了高增益，所以在極短的時間里釋放出巨大的能量，所以產生脈沖的峰值功率比普通長脈沖的峰值功率高幾個數量級。在低 Q值腔內不可能產生激光。在閃光燈泵浦脈沖的末端，當反轉粒子數達到峰值時，諧振腔的Q值被調制到某一高值，腔內在此時開始形成激光振蕩，發出一個Q開關脈沖。本發明的雙脈沖激光器采用單燈單棒單泵浦腔輸出雙脈沖激光器。現結合附圖1 說明本發明的單泵浦腔雙脈沖原理。在本發明中，為了產生雙脈沖輸出，在閃光燈泵浦脈沖過程中，諧振腔的Q值即被調制到某一較高值，即瞬間半打開Q開關，此時腔內開始形成激光振蕩，發出一個Q開關脈沖。然后在第一個泵浦脈沖周期內經過一段可調節時間，再一次完全打開Q開關，此時腔內再一次形成激光振蕩，發出第二個Q開關脈沖。通過對電光Q開關的調制高壓及打開時間的控制，可以得到1064nm雙脈沖輸出，脈寬在12ns以內，雙脈沖間隔5-150us可調。結合附圖2描述激光器結構。整個激光器主要由激光增益介質，泵浦源和泵浦腔組成。其中激光增益介質為Nd:YAG晶體。晶體兩端面嚴格平行。泵浦系統包括泵浦源2， 泵浦電源3，電光Q開關電路4，其中泵浦源為脈沖氙燈泵浦。諧振腔采用正支虛共焦非穩腔設計。兩個腔鏡的焦距之差為腔長。本發明的單燈泵浦雙脈沖激光器，重復頻率l-50Hz可調，雙脈沖間隔5-lOOus， 1064nm單脈沖能量大于100mJ。
圖1為本激光器工作原理圖。第一個圖表示泵浦燈過程，第二圖表示諧振腔損耗值，第三圖表示反轉粒子數濃度，第四圖表示光子數密度。
圖2為本激光器結構示意圖。其中1一激光晶體，2—脈沖氙燈，3—泵浦橢圓腔，4一泵浦電源，5—電光Q開關電路，6—電光Q開關，7 —1/4波片，8—偏振片，9一輸出鏡，10—全反鏡。
具體實施例方式圖2中NchYAG棒晶體(1)尺寸為8mmX 110mm，NcT摻雜濃度1%,端面鍍1064nm高透的介質膜。脈沖氙燈(2)作為泵浦源，氙燈尺寸為8mmX 110mm，Nd:YAG棒和氙燈置于橢圓柱鏡面聚光腔(3)內，循環水冷卻。氙燈電源(4)所使用的充放電電容為100yF。Q開關控制電路(5)產生約為300(T4000V可調。電光調Q延遲128us，雙脈沖間隔lOOus，電光 Q開關第一個高壓3. 5KV，第二個高壓4KV。全反鏡(10)反射率為99. 9%il064nm,曲率半徑 R-1500mm。輸出鏡(9)透過率50%曲率半徑R700mm。在泵浦電壓800V，時，獲得了 1064nm 激光雙脈沖輸出能量最高200mJ，單脈沖輸出能量100mJ。
權利要求
1. 一種1064nm雙脈沖燈泵固體激光器，該激光器包括由單個脈沖氙燈泵浦，電光Q開關，1/4波片、偏振片，單個Nd: YAG激光晶體組成的正支虛共焦非穩腔，其特征在于雙脈沖輸出由一個電光Q開關實現，通過給電光Q開關可調節的階梯形高壓來調整雙脈沖間隔及輸出能量。
全文摘要
本發明提供了一種1064nm雙脈沖燈泵固體激光器，該激光器包括由單個脈沖氙燈泵浦，電光Q開關，1/4波片、偏振片，單個Nd:YAG激光晶體組成的正支虛共焦非穩腔。其特征在于雙脈沖輸出由一個電光Q開關實現，通過給電光Q開關可調節的階梯形高壓來調整雙脈沖間隔及輸出能量。該發明的激光器，重復頻率1-50Hz可調，雙脈沖間隔5-100us，1064nm單脈沖能量大于100mJ。
文檔編號H01S3/16GK102354904SQ20111034786
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年1月28日
發明者史斐, 翁文, 蘇毅聰, 鄭暉, 阮開明, 黃見洪 申請人:中國科學院福建物質結構研究所