基于激光增益突升的高峰值窄脈沖激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光增益突升的高峰值窄脈沖激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]自激光器發(fā)明以來(lái)，窄脈沖激光器在軍事、科研、激光加工等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用前景。目前主要采用以下幾種方法獲得窄脈沖激光:1、調(diào)Q技術(shù)，其特點(diǎn)是通過調(diào)整激光器諧振腔的Q值，使激光晶體積累足夠高的增益，然后突然快速增大激光器諧振腔的Q值，使腔內(nèi)迅速發(fā)生激光振蕩，積累到較高程度的反轉(zhuǎn)粒子能量會(huì)集中在很短的時(shí)間間隔內(nèi)快速釋放出來(lái)，從而獲得窄脈沖寬度和高峰值功率的激光輸出；2、腔倒空技術(shù)，與調(diào)Q技術(shù)相比，腔倒空技術(shù)的特點(diǎn)是積累腔內(nèi)光子數(shù)，當(dāng)腔內(nèi)光子數(shù)達(dá)到最大時(shí)，輸出鏡反射率由100%降為0，光子迅速倒出腔外。
[0003]在激光器系統(tǒng)中，由于激光晶體自發(fā)輻射、晶體缺陷、鍍膜、電光晶體消光比等原因，激光增益增長(zhǎng)與栗浦能量注入并不成線性關(guān)系，從而限制著調(diào)Q能量的進(jìn)一步增長(zhǎng)，出現(xiàn)調(diào)Q能量飽和的情況。所以目前的高峰值窄脈沖激光器都是通過MOPA技術(shù)(主控振蕩器的功率放大器)途徑解決，通過本振調(diào)Q激光放大的方式實(shí)現(xiàn)高能量激光輸出。
[0004]目前的調(diào)Q激光器中，激光器閾值并不是無(wú)限大，激光增益積累有限，限制了高峰值窄脈沖激光的進(jìn)一步輸出。為了獲得更高能量的激光輸出，通常做法是通過功率放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)，這種做法存在的問題是激光輸出效率偏低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有調(diào)Q激光器存在的激光增益累積有限、激光輸出效率低的問題，本發(fā)明提供一種基于激光增益突升的高峰值窄脈沖激光器。
[0006]本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明的基于激光增益突升的高峰值窄脈沖激光器，包括:全反鏡一、1/4波片、激光增益介質(zhì)一、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一、45度偏振片一、輸出鏡、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二、45度偏振片二、激光增益介質(zhì)二、全反鏡二、栗浦源一和栗浦源二；
[0008]所述栗浦源一和栗浦源二發(fā)出的栗浦光分別入射至激光增益介質(zhì)一和激光增益介質(zhì)二；
[0009]在栗浦開始時(shí)刻，對(duì)90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一施加半波電壓，對(duì)90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二不施加電壓，直到激光增益介質(zhì)一的增益達(dá)到激光器諧振腔栗浦閾值時(shí)，將90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一電壓退到O，同時(shí)對(duì)90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二施加半波電壓；
[00? O]通過45度偏振片一的作用使靠近輸出鏡的偏振為水平P偏振，水平P偏振光依次經(jīng)45度偏振片一高透、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一、激光增益介質(zhì)一放大、I/4波片作用后變成圓偏振光，依次經(jīng)全反鏡一反射、1/4波片作用后變成垂直S偏振光，依次經(jīng)激光增益介質(zhì)一放大、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一、45度偏振片一高反射作用后入射至90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二，經(jīng)90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二的旋轉(zhuǎn)90度作用后變成水平P偏振光，依次經(jīng)45度偏振片二高透、激光增益介質(zhì)二放大、全反鏡二反射后入射至激光增益介質(zhì)二，依次經(jīng)激光增益介質(zhì)二放大、45度偏振片二高透、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二的旋轉(zhuǎn)90度作用后變成垂直S偏振光，經(jīng)45度偏振片一高反射作用后入射至90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一；
[0011]垂直S偏振光依次經(jīng)90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一、激光增益介質(zhì)一放大、1/4波片作用后變成圓偏振光，依次經(jīng)全反鏡一反射、1/4波片作用后變成水平P偏振光，依次經(jīng)激光增益介質(zhì)一放大、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一、45度偏振片一高透過作用后入射至輸出鏡，經(jīng)輸出鏡反射再次進(jìn)入45度偏振片一，按照上述過程完成一次完整振蕩，最終通過輸出鏡輸出高峰值窄脈沖激光。
[0012]進(jìn)一步的，在激光增益突變的瞬間，瞬間突升的激光增益為激光增益介質(zhì)一的增益與激光增益介質(zhì)二的增益之和，此時(shí)激光損耗近似于激光增益介質(zhì)一的增益，激光增益與損耗的差為激光增益介質(zhì)二的增益，通過調(diào)整激光增益介質(zhì)二的增益來(lái)改變激光增益與損耗的差值，實(shí)現(xiàn)更高能量的高峰值窄脈沖激光輸出。
[0013]進(jìn)一步的，所述全反鏡一和全反鏡二表面均均鍍有1064nm激光輸出波長(zhǎng)完全反射膜或946nm激光輸出波長(zhǎng)完全反射膜。
[0014]進(jìn)一步的，將1/4波片替換為45度法拉第旋轉(zhuǎn)器，所述1/4波片和45度法拉第旋轉(zhuǎn)器均用于激光往返通過時(shí)將線偏光偏振方向90度旋轉(zhuǎn)。
[0015]進(jìn)一步的，所述激光增益介質(zhì)一和激光增益介質(zhì)二均采用各向同性晶體，具體采用Nd: YAG晶體。
[0016]進(jìn)一步的，所述90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一和90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二用于實(shí)現(xiàn)線偏光偏振方向90度旋轉(zhuǎn)，均采用LiNb03、RTP或KD*P，具有實(shí)現(xiàn)光路偏振方向主動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。
[0017]進(jìn)一步的，所述45度偏振片一和45度偏振片二的作用是對(duì)水平P偏振光高透、對(duì)垂直S偏振光高反，均采用格蘭棱鏡、布儒斯特片和PBS偏振分光棱鏡。
[0018]進(jìn)一步的，所述輸出鏡表面鍍有1064nm部分反射膜。
[0019]進(jìn)一步的，所述栗浦源一和栗浦源二均采用閃光燈或半導(dǎo)體側(cè)面栗浦。
[0020]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明中，通過插入90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)、45度偏振片一實(shí)現(xiàn)光路的快速切換，同時(shí)通過插入激光增益介質(zhì)一和激光增益介質(zhì)二，雙激光增益介質(zhì)增益累加的方式實(shí)現(xiàn)激光器內(nèi)的增益突升，克服現(xiàn)有激光器性能極限，獲得高能量的高峰值窄脈沖激光輸出，進(jìn)一步提高激光器整體的激光輸出效率。
[0021]現(xiàn)有調(diào)Q激光器是通過注入能量來(lái)間接提高激光增益，由于調(diào)Q性能、晶體缺陷、熒光壽命等因素的限制，激光增益只能積累到一定水平。與以往的調(diào)Q技術(shù)不同，本發(fā)明是通過雙晶體增益累加的方式獲得高峰值窄脈沖激光輸出，激光增益與損耗的差可以通過調(diào)整支路的激光增益介質(zhì)二的增益進(jìn)行改變，這種激光增益突升的意義在于，可以改善支路激光增益介質(zhì)二的增益大小，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)對(duì)激光增益的控制，并且這種雙晶體增益累加的方式可以與現(xiàn)有調(diào)Q相結(jié)合，從而進(jìn)一步提尚激光提取效率。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的基于激光增益突升的高峰值窄脈沖激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:1、全反鏡一，2、1/4波片，3、激光增益介質(zhì)一，4、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一，
5、45度偏振片一，6、輸出鏡，7、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二，8、45度偏振片二，9、激光增益介質(zhì)二，1、全反鏡二，11、栗浦源一，12、栗浦源二。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0025]如圖1所示，本發(fā)明的基于激光增益突升的高峰值窄脈沖激光器，主要包括:全反鏡一 1、1/4波片2、激光增益介質(zhì)一3、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一 4、45度偏振片一5、輸出鏡6、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二7、45度偏振片二8、激光增益介質(zhì)二9、全反鏡二10、栗浦源一11和栗浦源二 12。全反鏡一1、1/4波片2、激光增益介質(zhì)一3、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一4、45度偏振片一5、輸出鏡6依次排列，通過45度偏振片一5的作用形成一條支路，支路中，45度偏振片一5、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二7、45度偏振片二 8、激光增益介質(zhì)二 9、全反鏡二 10依次排列。
[0026]栗浦源一11發(fā)出的栗浦光入射至激光增益介質(zhì)一3，同時(shí)，栗浦源二 12發(fā)出的栗浦光入射至激光增益介質(zhì)二 9。在栗浦開始時(shí)刻(激光開始栗浦時(shí))，對(duì)90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一 4施加半波電壓，而90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二7不施加電壓，此時(shí)全反鏡一 1、1/4波片2、45度偏振片一5和輸出鏡6組成激光器諧振腔，目的是為了使激光反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累達(dá)到最大，激光增益介質(zhì)一 3的激光增益逐漸提高。
[0027]當(dāng)激光反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累達(dá)到最大時(shí)即激光增益介質(zhì)一3的增益達(dá)到激光器諧振腔栗浦閾值時(shí)，瞬間將90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一4電壓快速退到O，由于45度偏振片一5對(duì)水平P偏振光具有高透過作用、對(duì)垂直S偏振光具有高反射作用，使靠近輸出鏡6附近的偏振為水平P偏振，水平P偏振光依次經(jīng)過45度偏振片一 5高透、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一4 (由于90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一4的電壓為O，水平P偏振光的偏振方向保持不變)、激光增益介質(zhì)一3放大、1/4波片2作用后變成圓偏振光，圓偏振光依次經(jīng)過全反鏡一 I反射、1/4波片2作用后變成垂直S偏振光，垂直S偏振光依次經(jīng)過激光增益介質(zhì)一 3放大、90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一 4(由于90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一4的電壓為O，垂直S偏振光的偏振方向保持不變)、45度偏振片一 5高反射作用后入射至由90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)二 7、45度偏振片二 8、激光增益介質(zhì)二9和全反鏡二 10組成的支路中。
[0028]在90度偏振旋轉(zhuǎn)電光開關(guān)一4電壓快速退到O的同時(shí)，對(duì)