一種大能量單縱模短脈沖激光輸出的方法及固體激光器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及固體激光器【技術領域】，尤其涉及一種二極管泵浦的固體激光器【技術領域】。本發明提供一種激光輸出的方法，包含有如下做法：以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標準具；利用前后光闌的橫模選擇作用選擇單橫模；利用被動調Q技術與預泵浦技術相結合；用主動式電光開關和預泵浦技術相結合；采用平凹穩定腔；光闌和被動調Q色心晶體在前后腔鏡附近放置；采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質。利用本發明的方法，可提供一種大能量單縱模短脈沖激光輸出。
【專利說明】一種大能量單縱模短脈沖激光輸出的方法及固體激光器
[0001]
【技術領域】： 本發明涉及固體激光器【技術領域】，尤其涉及一種二極管泵浦的固體激光器【技術領域】。
[0002]
【背景技術】： 單縱模激光具有頻率單一、相干性高、時間穩定性的優點，脈沖式激光具有峰值功率高 的優點。脈沖式工作的單縱模激光兼具兩者的優點，是優良的單色光源，廣泛應用于測距、 光譜分析、雷達、精細加工、光化學反應、相干實驗等等領域。激光器實現單縱模輸出的基 本思路都是一樣的，即通過某種物理手段盡量減少腔內的縱模數(現有產生單縱模的方法 包括：短腔法、腔內標準具法、諧振反射鏡法等)，并使某一個縱模的能量相對其它縱模取得 優勢，然后通過增益放大過程中的模式競爭，使不占優勢的縱模不能得到很好的放大，最終 被損耗掉，從而輸出唯一一個有能量的縱模。換句話說，就是要想方設法增大被選擇的縱模 與其它縱模所獲增益的差距。在實踐中，為了使選單縱模的效果更好，通常讓激光器工作在 閾值水平附近，這樣在總體增益較低的情況下模式競爭的效果會更明顯。但這種做法會降 低激光器的輸出水平。另外，實現納秒級短脈沖脈沖式激光輸出的方法包括主動調Q和被 動調Q等，Q開關技術的本質是使上能級的儲能瞬間釋放，讓腔內已存在的很弱的振蕩模式 得到很高的瞬間增益，實現短脈沖輸出的效果。這樣，如果在Q開關打開之前對縱模的選擇 不夠徹底，在Q開關打開后高增益的情況下，很難實現有效的模式競爭，通常會輸出多個縱 模。
[0003] 也就是說，選擇單縱模和獲得大能量短脈沖輸出是有矛盾的，所采取的措施會削 弱彼此的效果。采取縱模選擇效果明顯的單一手段，如腔內標準具法、諧振反射器法等，雖 然可以在強泵浦條件下選擇單縱模，但對環境和器件的要求太高，很難達到實用。
[0004] 總之，要想獲得大能量的單縱模短脈沖輸出，必須同時解決單縱模有效、穩定的選 擇和能量有效放大兩方面的問題。而這在實踐中并不容易做到，通常選單效果強的手段不 穩定，穩定的手段選單效果不強。能量放大的要求又會減低選單縱模的效果，對選單能力提 出了更高的要求。
[0005]
【發明內容】
： 本發明的目的就是針對現有技術存在的不足而提供一種實現大能量單縱模短脈沖激 光輸出的方法和固體激光器。
[0006] 為達到本發明的目的，本發明采用以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為 FP標準具；利用前后光闌的橫模選擇作用選擇單橫模；利用被動調Q技術與預泵浦技術相 結合；用主動式電光開關和預泵浦技術相結合；采用平凹穩定腔；光闌和被動調Q色心晶體 在前后腔鏡附近放置；采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質。為達 到本發明的目的，本發明提供的一種可實現大能量單縱模短脈沖輸出的固體激光器，包含 有以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標準具；激光二極管泵浦源；主動電光 開關；偏振片；被動調Q色心晶體；前、后光闌；前、后腔鏡；光闌和被動調Q色心晶體在前后 腔鏡附近放置；采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質。
[0007]
【專利附圖】
【附圖說明】： 圖1是本發明的激光器結構原理圖 圖2是本發明的所述方法的工作過程原理圖 圖3是本發明實施例的示波器接入方式工作原理圖
【具體實施方式】： 下面結合附圖對本發明作進一步的說明： 圖1是本發明的激光器結構原理圖。
[0008] 由圖1可知，本發明的激光器包含有以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作 為FP標準具(激光晶體1);激光二極管泵浦源2 ;主動電光開關3 ;偏振片4 ;調Q晶體（即 被動調Q色心晶體）5 ;前、后光闌6、7 ;前、后腔鏡8、9 ;光闌6、7和被動調Q色心晶體5在 前后腔鏡附近放置。作為本發明的優選實施方式，本發明的激光器中還可以在諧振腔內加 入二倍頻晶體10。
[0009] 圖2是本發明的所述方法的工作過程原理圖。
[0010] 由圖2可知，本發明的方法工作過程如下： 第一階段：晶體棒加工成兩端面平行并有一定反射率的形狀，可以起到一個腔內標準 具的作用。腔內標準具的峰值透過率對應的頻率Um = m*c/2ndcos Θ，其中C為光速，n是 介質折射率，d是標準具厚度，Θ是入射光線與法線的夾角，m為正整數。相鄰的透射峰的 間隔Δυ = c/2ndcos Θ，透射譜線寬度δυ =c/(2 3ind)*(l-r)*r_°_5。！·為晶體棒前后表面 的反射率(兩個表面通常設為一致)。要想獲得單縱模，需要滿足譜線寬度小于諧振腔的縱 模間隔，即Su <(V(2L'），L'為等效腔長。通過調整晶體棒長度、表面反射率和腔長，滿足 以上條件。通過調整晶體棒姿態，即Θ，使透過率峰值對準增益介質增益譜的中心頻率。通 過以上措施，可以實現諧振腔的某個縱模與激光器增益譜中心頻率相對應。由于晶體棒比 較長，表面反射率也不會很高，因此相鄰縱模之間的透過率差并不是十分懸殊，這一措施只 能起到粗選一些縱模的作用。
[0011] 第二階段：激光泵浦開始，為預泵浦階段。此時泵浦幅度較低，腔內的被動調Q色 心晶體的損耗很大，電光開關加一個接近半波電壓的偏壓，達到對水平偏振態略有透過率 的狀態。通過設置泵浦幅度，讓激光器達到增益略大于損耗的水平，從而使大部分頻率偏離 增益峰值的縱模不能得到增益而損耗消失。通過控制預泵浦的強度、持續時間，達到最好的 選縱模效果。
[0012] 第三階段：隨著泵浦持續，腔內優勢縱模逐漸增強并開始占絕對優勢，作為被動Q 開關的色心晶體也逐漸開始對這個模式"漂白"。此時，突然去掉主動電光調Q開關的電壓， 腔內開關打開，腔內光強迅速增加，被動調Q色心晶體也快速飽和，使所選擇的模式開始得 到有效的增益放大。
[0013] 第四階段：主泵浦開始，進入激光增益介質的泵浦能量迅速增加，為這個激光模式 提供很高的增益。此時一些較弱的激光模式也同樣獲得了增益，但是由于初始能量太弱，在 增益競爭中迅速失敗，系統儲能迅速的被預選出來的縱模提取，在腔內快速振蕩并輸出，形 成一個能量很大的單縱模激光脈沖。色心晶體的初始透過率、預泵浦強度和寬度、主泵浦 強度、電光開關開門時間要協調考慮，以便使所選單縱模取得優勢的時刻、色心晶體漂白時 亥IJ、激光器增益急劇提高的時刻能基本重合 第五階段：隨著儲能快速下降，激光脈沖結束，此時電光開關上的半波電壓迅速恢復， 起到關斷作用，防止其它模式在殘余泵浦能量的作用下起振，形成多脈沖。
[0014] 圖3是本發明實施例的示波器接入方式工作原理圖 下面結合本發明的具體實施例對激光器的具體實施過程作一詳細說明： 如圖3所示接入示波器。
[0015] 激光器輸出激光，打在一塊漫反射觀察屏上，光電探測器接收到漫反射光，將光信 號轉換成電信號，通過同軸電纜傳輸到示波器上。示波器將接收到的電信號處理并顯示在 屏幕上，觀察者在屏幕上可以觀察和測量激光脈沖的時間特性，包括脈沖寬度、脈沖形狀、 脈沖數量、脈沖幅度以及脈沖的時間和幅度是否穩定等。
[0016] 激光二極管泵浦源處于工作狀態。
[0017] 在先不加入兩片被動調Q色心晶體和電光晶體不加電壓的情況下，調整前后腔鏡 的相對姿態和激光棒姿態，使三者光軸平行。仔細調節，直到諧振腔達到激光振蕩并輸出最 大的狀態。
[0018] 加入兩片調Q晶體，提高泵浦強度，輸出調Q激光脈沖序列。電光晶體開始工作， 調節電光晶體上高壓脈沖的延遲時間，直到在示波器上觀察到調Q脈沖序列的第一個脈沖 幅度明顯增大，而后面的脈沖消失。
[0019] 關閉電光開關的高壓，調節預泵浦脈沖的寬度和幅度、主泵浦的幅度，觀察輸出的 調Q脈沖序列，直到在示波器上看到第一個脈沖的幅度明顯大于其它脈沖，波形變得光滑 和穩定為止。
[0020] 打開電光開關的電源，再次調節延遲時間，觀察到與前次調節延遲時同樣的效果。 再次關閉電光開關，調節預泵浦和主泵浦參數......如此往復，直到看到激光器輸出一個 穩定的、波形光滑、幅度很高的唯-個激光脈沖為止。
[0021] 用FP標準具作為鑒頻器，觀察輸出激光的干涉圖樣，同時調節激光棒的姿態，直 到干涉圖樣達到最銳利為止。此時，激光器即達到輸出脈沖單縱模激光的效果。
[0022] 以上所述僅是本發明的實施例之一，故凡依本發明專利申請范圍所述的構造、特 征及原理所做的等效變化或修飾，均包括于本發明專利申請范圍內。
【權利要求】
1. 一種大能量單縱模短脈沖激光輸出的方法，其特征在于： 以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標準具； 利用前后光闌的橫模選擇作用選擇單橫模； 利用被動調Q技術與預泵浦技術相結合； 用主動式電光開關和預泵浦技術相結合； 采用平凹穩定腔； 光闌和被動調Q色心晶體在前后腔鏡附近放置； 采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質。
2. -種如權利要求1所示的方法所示的可實現大能量單縱模短脈沖輸出的固體激光 器，其特征在于，所述固體激光器包括： 以兩端平行且有一定反射率的激光晶體棒作為FP標準具； 激光二極管泵浦源； 主動電光開關； 偏振片； 被動調Q色心晶體； 前、后光闌； 前、后腔鏡； 光闌和被動調Q色心晶體在前后腔鏡附近放置； 采用A軸切割的YLF雙折射激光晶體作為激光器的增益介質。
3. 如權利要求2所述的固體激光器，其特征在于：在諧振腔內加入二倍頻晶體。
【文檔編號】H01S3/0941GK104158082SQ201410444762
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年9月3日 優先權日:2014年9月3日
【發明者】羅亦鳴 申請人:四川卓眾科技有限公司, 鞍山紫玉激光科技有限公司