一種提高電光調q激光器平均輸出功率的方法
【技術領域】
[0001]該發明涉及一種提高電光調Q激光器平均輸出功率的方法，該方法采用特殊的方形結構KD*P晶體作為電光開關，有效降低了晶體的熱退偏，提高了電光調Q激光器的平均輸出功率，獲得了短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出。屬于激光器制造領域。
【背景技術】
[0002]目前，半導體栗浦的短脈沖、大能量、高平均功率調Q激光器在遠程探測，非線性光學和材料加工領域，特別是在機載激光雷達領域有著重要的應用。
[0003]在電光調Q激光器中，特別是高平均功率的調Q激光器，存在嚴重的熱效應，除了激光增益介質的熱效應外，由于開關晶體對振蕩激光的線性吸收，在晶體中將產生熱沉積，會影響電光調Q激光器的輸出效率。已有的實驗結果表明，由于電光晶體的雙折射效應，電光晶體對振蕩激光很小的吸收，都會影響電光晶體的開關特性。這使電光開關熱退偏成為制約高平均功率電光調Q激光器的瓶頸之一。
[0004]為減小電光開關熱退偏的影響，通常采用在激光器內加入電光晶體對或采用反射式電光開關，補償晶體中的雙折射效應。但上述方式并沒有減小單個電光晶體本身的熱效應。目前還沒有通過使用特殊結構的方形KD*P晶體作為電光開關，減小開關晶體的熱退偏，獲得短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出的研究報道。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于采用特殊的方形結構KD*P晶體作為電光開關，減小開關晶體的熱退偏，獲得短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出。
[0006]本發明采用了如下的技術方案為一種提高電光調Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，該方法采用z切割、加縱向電場的方形KD*P晶體作為電光開關。實施該方法的裝置包括全反鏡1、半導體激光脈沖栗浦模塊2、Nd: YAG晶體3、起偏器4、電光開關5、輸出耦合鏡6;全反鏡1、半導體激光脈沖栗浦模塊2、Nd: YAG晶體3、起偏器4、電光開關5、輸出親合鏡6依次相連，最終經輸出耦合鏡6進行輸出激光7。其中，作為電光開關的KD*P晶體置于起偏器4和輸出親合鏡6之間，并且緊靠輸出親合鏡6。
[0007]該結構的KD*P晶體與傳統圓柱狀結構的KD*P晶體相比，由于晶體內部溫度場梯度發生變化，降低了由剪切應力引起的雙折射，并使其折射率橢球變形程度小于傳統圓柱狀結構的KD*P晶體，從而使該特殊結構的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關特性，提高了電光調Q激光器的平均輸出功率。
[0008]本發明用全新的思路實現了電光調Q激光器短脈沖，大能量，高平均功率激光輸出，與采用傳統的圓柱狀KD*P晶體作為電光開關的調Q激光器相比，具有高平均功率、高單脈沖能量、熱退偏明顯減小的效果;本發明具有實質性的特點和顯著進步，本發明所述的方法可以廣泛應用于電光調Q激光器，能夠明顯提高激光器的效率、脈沖能量和平均輸出功率。
【附圖說明】
[0009]圖1是采用特殊結構的方形KD*P晶體作為開關晶體的電光調Q激光器結構示意圖
[0010]圖2是Z切割KD*P電光晶體存在熱分布時，圓柱狀結構晶體(a)，和方形結構晶體(b)x、y方向折射率主軸的變化示意圖
[0011]圖3是采用不同結構KD*P電光晶體的調Q激光器輸出功率與栗浦電流的關系示意圖
【具體實施方式】
[0012]為使發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，實施以特殊結構的方形KD*P晶體作為電光開關的調Q激光器，結合實施例、參照附圖，對本發明進一步詳細說明。
[0013]如圖1所示，本發明裝置包括全反鏡1、半導體激光脈沖栗浦模塊2、Nd:YAG晶體3、起偏器4、電光開關5、輸出親合鏡6、輸出激光7。
[0014]傳統電光調Q晶體通常是采用圓柱狀結構，常見的電光調Q激光器采用的是圓柱狀電光晶體，由于圓柱狀電光晶體自身的雙折射效應，使其熱退偏非常明顯，嚴重影響了電光晶體的開關特性，制約了電光調Q激光器平均輸出功率的提高。
[0015]下面對采用特殊結構的方形KD*P晶體作為開關晶體，提高電光調Q激光器輸出特性的原理進行說明。
[0016]對于傳統的圓柱狀KD*P電光晶體，采用z切割、加縱向電場。如圖2(a)所示，電光晶體未加電場時，電光晶體內部由于有溫度場梯度，會出現由剪切應力引起的雙折射。對-42m結構的KD*P晶體，其折射率橢球發生變形，在垂直于通光z軸的面上將形成新的主軸折射率nx’和ny’，且隨半徑r和方位角Θ變化。對于方形結構電光晶體，由于其特殊結構，晶體內部溫度分布和熱應力發生變化，剪切應力遠小于圓柱形晶體，計算結果可形象的表示為圖2(b)，其折射率橢球變形程度小于前者，從而使該特殊結構的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關特性，提高了電光調Q激光器的平均輸出功率。
[0017]如圖1所示，將該方形KD*P晶體應用于激光器中。該激光器采用常規的直腔降壓式電光調Q的結構。調節激光器的腔鏡，使其在自由運轉時達到最佳狀態，插入起偏器，微調，使其與光軸夾角為布諾斯特角度53°。在靠近輸出耦合鏡一端加入特殊結構的方形KD*P晶體，細調電光晶體，使其在加縱向半波電壓時能完全關斷激光輸出。半導體激光脈沖栗浦模塊的觸發和電光Q開關的觸發采用同一個脈沖發生器，使它們相互之間延時同步匹配。在相同條件下，搭建采用傳統的圓柱狀KD*P晶體作為電光開關的調Q激光器。
[0018]兩者的實驗結果如圖3所示，采用特殊結構的方形KD*P晶體，電光開關調Q激光器的最高平均輸出功率是采用傳統圓柱狀KD*P電光晶體調Q激光器的兩倍。
【主權項】
1.一種提高電光調Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，該方法采用Z切割、加縱向電場的方形KD*P晶體作為電光開關;實施該方法的裝置包括全反鏡(I )、半導體激光脈沖栗浦模塊(2)、Nd:YAG晶體(3)、起偏器(4)、電光開關(5)、輸出耦合鏡(6);全反鏡(1)、半導體激光脈沖栗浦模塊(2)、Nd: YAG晶體(3)、起偏器(4)、電光開關(5)、輸出耦合鏡(6)依次相連，最終經輸出耦合鏡(6)進行輸出激光(7);其中，作為電光開關的KD*P晶體置于起偏器(4)和輸出親合鏡(6)之間，并且緊靠輸出親合鏡(6)； 該結構的KD*P晶體與傳統圓柱狀結構的KD*P晶體相比，由于晶體內部溫度場梯度發生變化，降低了由剪切應力引起的雙折射，并使其折射率橢球變形程度小于傳統圓柱狀結構的KD*P晶體，從而使該特殊結構的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關特性，提高了電光調Q激光器的平均輸出功率。2.根據權利要求1所述的一種提高電光調Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，傳統電光調Q晶體通常是采用圓柱狀結構，常見的電光調Q激光器采用的是圓柱狀電光晶體，由于圓柱狀電光晶體自身的雙折射效應，使其熱退偏非常明顯，嚴重影響了電光晶體的開關特性，制約了電光調Q激光器平均輸出功率的提高； 對于傳統的圓柱狀KD*P電光晶體，采用z切割、加縱向電場；電光晶體未加電場時，電光晶體內部由于有溫度場梯度，會出現由剪切應力引起的雙折射;對-42m結構的KD*P晶體，其折射率橢球發生變形，在垂直于通光z軸的面上將形成新的主軸折射率nx ’和ny’，且隨半徑r和方位角Θ變化;對于方形結構電光晶體，由于其特殊結構，晶體內部溫度分布和熱應力發生變化，剪切應力遠小于圓柱形晶體，其折射率橢球變形程度小于前者，從而使該特殊結構的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關特性，提高了電光調Q激光器的平均輸出功率。3.根據權利要求1所述的一種提高電光調Q激光器平均輸出功率的方法，其特征在于，將該方形KD*P晶體應用于激光器中；該激光器采用常規的直腔降壓式電光調Q的結構；調節激光器的腔鏡，使其在自由運轉時達到最佳狀態，插入起偏器，微調，使其與光軸夾角為布諾斯特角度53°;在靠近輸出耦合鏡一端加入特殊結構的方形KD*P晶體，細調電光晶體，使其在加縱向半波電壓時能完全關斷激光輸出；半導體激光脈沖栗浦模塊的觸發和電光Q開關的觸發采用同一個脈沖發生器，使它們相互之間延時同步匹配;在相同條件下，搭建采用傳統的圓柱狀KD*P晶體作為電光開關的調Q激光器。
【專利摘要】本發明公開了一種提高電光調Q激光器平均輸出功率的方法，屬于激光器制造領域。該方法采用z切割、加縱向電場的方形KD*P晶體作為電光開關。該結構的KD*P晶體與傳統圓柱狀結構的KD*P晶體相比，由于晶體內部溫度場梯度發生變化，降低了由剪切應力引起的雙折射，并使其折射率橢球變形程度小于傳統圓柱狀結構的KD*P晶體，從而使該特殊結構的KD*P晶體熱退偏小于圓柱形KD*P晶體，改善了電光晶體的開關特性，提高了電光調Q激光器的平均輸出功率。
【IPC分類】H01S3/115
【公開號】CN105680315
【申請號】CN201610232477
【發明人】李強, 尹興良, 雷訇, 惠勇凌, 姜夢華
【申請人】北京工業大學
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年4月14日