一種調q雷射器及調q的方法
2023-10-08 19:00:49 1
專利名稱：一種調q雷射器及調q的方法
技術領域：
本發明屬於雷射器領域，尤其涉及一種調Q雷射器及調Q的方法。
背景技術：
雷射器中雷射諧振腔的Q值是指諧振腔的品質因子(Quality Factor),是用 來描述雷射器諧振腔光學損耗大小的量；Q值定義為Q=(諧振腔內存儲的 能量)/ (每秒損失的能量)；光學損耗低的諧振腔，其Q值高；光學損耗高 的諧振腔，其Q值低。
當泵浦源向雷射器工作物質輸入的能量(功率)達到振蕩閾值時，雷射器 便產生雷射振蕩。如果泵浦源繼續泵浦，維持雷射器在閾值以上，它就連續輸 出雷射。雷射器振蕩閾值與共振腔的光學損耗(Q值)有關。如果雷射器的工 作物質在受泵浦的期間，讓共振腔的Q值保持很低，則雷射器因振蕩閾值很高 而不能發生雷射振蕩，大量的泵浦能量繼續存在工作物質內。當工作物質已"吸 飽，，能量時，突然升高Q值，相應地，雷射振蕩閾值也突然降低，在閾值之上 那部分儲存能量便在短時間內發射出來，形成峰值功率很高的雷射脈衝。
目前主要有兩種類型Q開關， 一種是被動Q開關， 一種是主動Q開關。前 者是由雷射器本身完成Q值的變化的，後者是由外部機械或電子信號使Q值的 變化的。常用的Q開關有
1、可飽和吸收體Q開關這是屬於被動Q開關。可飽和吸收體Q開關在共 振腔內放可飽和吸收染料盒、色心晶體等。它們對腔內的雷射透過率是光強的 函數，在開始時，共振腔內的受激輻射強度低，它們對光輻射的吸收率大，即 共振腔的Q值很低；當工作物質被充分泵浦而達到雷射振蕩闞值時，它們發生飽和吸收，透過率上升到近100%,共振腔的Q值也隨即突然升高到很高的數 值。這種開關的優點在於無需額外的控制器件，缺點是無法對頻率進行控制。
2、 電光Q開關這是主動Q開關。電光Q開關是在諧振腔內放置電光元件 和偏振分析器，當給電光元件加上外電場時會使通過的雷射的偏振面發生旋轉， 由此可控制光束通過偏振分析器的透過率；而諧振腔的Q值與偏振分析器的透 過率有關；這種電光Q開關的缺點是必須使用高壓(3 ~ 5KV)驅動器進行驅動， 同時開關的頻率也4交j氐。
3、 ，幾械Q開關這是主動Q開關。機械Q開關是用馬達帶動諧振腔的一塊 反射鏡高速旋轉，當旋轉的鏡子轉到與諧振腔另一片反射鏡精確平行的位置時， 諧振腔的Q值最高，其它位置Q值都比較低，反射鏡的轉動必須與閃光燈的觸 發同步，使兩塊反射鏡達到平行時，工作物質已得到充分的泵浦；這種Q開關 的缺點是容易產生噪聲。
4、 聲光Q開關聲光Q開關是指在諧振腔中放入聲光介質，當沒有超聲 波存在時，光束可自由通過聲光介質，諧振腔的Q值很高，容易產生雷射振蕩； 當有超聲波時，聲光介質密度發生周期變化，導致折射率周期變化，從而使光 束髮生偏轉，這時諧振腔的Q值很低，使上一能級得粒子數迅速積累；這種Q 開關的缺點是需要使用高功率射頻驅動器，而雷射器中其它元器件容易受高頻 信號幹擾。
發明內容
本發明實施例的目的在於提供一種調Q雷射器，旨在解決現有的調Q雷射 器在使用中容易受幹擾、產生了噪聲、成本高的問題。
本發明實施例是這樣實現的， 一種調Q雷射器，所述調Q雷射器包括激 光諧振腔以及位於所述雷射諧振腔中的泵浦源、雷射增益介質以及調Q裝置， 所述雷射增益介質吸收所述泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數，當所述反轉 粒子數達到最大值時，觸發所述調Q裝置輸出開門信號，所述反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由所述雷射諧振腔輸出。其中，調Q 裝置包括快門，所述快門的速度至少為l/12000s
作為本發明的一個實施例，所述雷射諧振腔進一步包括全反射鏡以及用 於輸出所述脈沖雷射的耦合輸出鏡。其中，所述全反射鏡是平面鏡、球面鏡或 梭鏡。
在本發明實施例中，所述泵浦源為閃光燈或雷射二極體。 作為本發明的一個實施例，所述泵浦源與所述雷射增益介質耦合連接。其 中，所述雷射增益介質與所述泵浦源是通過端面耦合連接或側面耦合連接。 作為本發明的一個實施例，所述雷射增益介質是雷射晶體、雷射陶瓷或增
益光纖。
本發明實施例的目的還在於提供一種採用上述調Q雷射器進行調Q的方 法，包括下述步驟 泵浦源輸出能量；
雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數，雷射諧振腔處於 較低Q值的振蕩狀態；
當所述反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信號，雷射諧振 腔處於較高Q值的振蕩狀態；
所述反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射輸出；
當上一能級的反轉粒子數耗盡時，所述調Q裝置處於關門狀態，循環上述 步驟。
其中，所述泵浦源是雷射二極體，所述泵浦源輸出能量的步驟具體為所 述雷射二極體以脈衝或連續方式輸出能量。
在本發明實施例中，雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子 數，當反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信號，反轉粒子數躍 遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由雷射諧振腔輸出，這樣通過調Q 裝置對諧振腔的Q值進行調節，使得雷射器簡單可靠、幹擾小、成本低。
圖1是本發明實施例提供的調Q雷射器的結構示意圖； 圖2是本發明實施例提供的側面泵浦調Q雷射器的結構示意圖； 圖3是本發明實施例提供的端面泵浦調Q雷射器的結構示意圖； 圖4是本發明實施例提供的雷射器調Q方法的實現流程圖。
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
在本發明實施例中，雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子 數，當反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信號，反轉粒子數躍 遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由雷射諧振腔輸出，這樣通過調Q 裝置對諧振腔的Q值進行調節，使得雷射器筒單可靠、幹擾小、成本低。
本發明實施例提供的調Q雷射器主要應用於雷射焊接、雷射打標、雷射打 孔設備中；圖1示出了本發明實施例提供的調Q雷射器的結構，為了便於說明， 僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下。
調Q雷射器包括雷射諧振腔11、 12以及位於雷射諧振腔中的泵浦源2、 雷射增益介質3及調Q裝置4,雷射增益介質3吸收泵浦源2輸出的能量後形 成反轉粒子數，當反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置4輸出開門信號， 反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由雷射諧振腔12輸 出。
當泵浦源2向雷射增益介質3輸入的能量(功率)達到振蕩閾值時，雷射 器便產生雷射振蕩；如果泵浦源2繼續泵浦，維持雷射器在闊值以上，它就連 續輸出雷射；雷射器振蕩閾值與雷射諧振腔的光學損耗(Q值)有關；如果雷射增益介質3在受泵浦的期間，讓雷射諧振腔的Q值保持^艮低，則雷射器因振 蕩閾值很高而不能發生雷射振蕩，大量的泵浦能量繼續存在雷射增益介質3內。 當雷射增益介質3已"p及飽"能量時，突然使得雷射諧振腔的Q值升高，相應 地，雷射振蕩閾值也突然降低，在閾值之上那部分儲存能量便在短時間內發射 出來，形成峰值功率很高的雷射脈沖。
作為本發明的一個實施例，調Q裝置4包括快門，快門是照相機上控制感 光片有效曝光時間的一種裝置；為了保護照相機內的感光膠片不至於曝光，平 時照相機的快門總是關閉的；在拍攝時調整好快門速度後，只需要按住照相機 的快門釋放鈕，在快門開啟與閉合的極短時間內，讓通過攝影鏡頭的光線使感 光片獲得正確的曝光。快門速度已經達到1/12000s,因此將快門應用於調節激 光諧振腔的Q值具有可行性。
在本發明實施例中，雷射諧振腔進一步包括全反射鏡ll以及耦合輸出鏡 12,耦合輸出鏡12用於輸出脈衝雷射；其中，全反射鏡ll可以是平面鏡，也 可以是球面鏡或稜鏡，還可以通過直接在增益介質表面鍍膜的方式得到。
在本發明實施例中，泵浦源2與雷射增益介質3採用耦合的方式連接，可 以採用側面耦合的方式，也可以釆用端面耦合的方式；圖2示出了側面耦合的 調Q雷射器的結構，圖3示出了端面耦合的調Q雷射器的結構。
作為本發明的一個實施例，泵浦源2可以為閃光燈，也可以為雷射二才及管。 當泵浦源2採用脈衝式氙燈(屬於閃光燈中的一種)時，氙燈放電觸發一次後， 放出的輻射被雷射增益介質3吸收，激活粒子處於激發態，隨著脈沖放電進入 尾聲，反轉粒子數逐漸接近最大值，此時觸發調Q裝置4輸出開門信號，形成 巨脈沖雷射；通過調節氙燈放電時間和調Q裝置4輸出開門信號的時間之間的 延時，就可以得到最大能量的脈衝雷射。若泵浦源2採用雷射二極體，則雷射 二極體以脈沖或連續方式泵浦雷射增益介質3，雷射器的效率和光束質量都可 以傘支大幅度的4是高。
在本發明實施例中，雷射增益介質3可以是雷射晶體，比如釔鋁石榴石(Nd:YAG),摻釹釩酸釔(Nd:YV04)，摻釹釩酸釓(Nd:GdV04);雷射增 益介質3也可以是雷射陶乾，雷射增益介質3還可以是增益光纖。
圖4示出了本發明實施例提供的雷射器調Q方法的實現流程，為了便於 說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下。
在步驟S101中，泵浦源輸出能量；其中，當泵浦源是雷射二極體時，泵浦 源輸出能量的步驟具體為雷射二極體以脈衝或連續方式輸出能量。
在步驟S102中，雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數， 雷射諧振腔處於較〗氐Q值的振蕩狀態；
在步驟S103中，當反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信 號，雷射諧振腔處於較高Q值的振蕩狀態；
在步驟S104中，反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈沖雷射 輸出；
在步驟S105中，當上一能級的反轉粒子數耗盡時，調Q裝置處於關門狀 態，循環上述步驟。
作為本發明的一個實施例，調Q裝置包括快門，快門的速度至少為 1/12000s。
在本發明實施例中，泵浦源2採用光纖耦合的雷射二極體，泵浦光經過透 鏡準直、聚焦後，在雷射增益介質3內部形成一個局部泵浦功率密度很高區域， 產生大量的反轉粒子數。這樣很容易得到衍射極限的高質量脈衝雷射。
在本發明實施例中，雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子 數，當反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信號，反轉粒子數躍 遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由雷射諧振腔輸出，這樣通過調Q 裝置對諧振腔的Q值進行調節，使得雷射器簡單可靠、幹擾小、成本低。
以上所述〗又為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發 明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明 的寸呆護範圍之內。
權利要求
1、一種調Q雷射器，其特徵在於，所述調Q雷射器包括雷射諧振腔以及位於所述雷射諧振腔中的泵浦源、雷射增益介質以及調Q裝置，所述雷射增益介質吸收所述泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數，當所述反轉粒子數達到最大值時，觸發所述調Q裝置輸出開門信號，所述反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由所述雷射諧振腔輸出。
2、 如權利要求1所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述調Q裝置包括快 門，所述快門的速度至少為1/12000s。
3、 如權利要求1所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述雷射諧振腔進一 步包括全反射鏡以及用於輸出所述脈衝雷射的耦合輸出鏡。
4、 如權利要求3所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述全反射鏡是平面 鏡、球面4竟或稜4竟。
5、 如權利要求1所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述泵浦源為閃光燈 或雷射二極體。
6、 如權利要求1所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述泵浦源與所述激 光增益介質耦合連接。
7、 如權利要求6所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述雷射增益介質與 所述泵浦源是通過端面耦合連接或側面耦合連接。
8、 如權利要求1所述的調Q雷射器，其特徵在於，所述雷射增益介質是 雷射晶體、雷射陶瓷或增益光纖。
9、 一種採用權利要求1所述的調Q雷射器進行調Q的方法，其特徵在於， 包括下述步驟泵浦源輸出能量；雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數，雷射諧振腔處於 較低Q值的振蕩狀態；當所述反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信號，雷射諧振腔處於較高Q值的振蕩狀態；所述反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射輸出； 當上一能級的反轉粒子數耗盡時，所述調Q裝置處於關門狀態，循環上述步驟。
10、如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述泵浦源是雷射二極體， 所述泵浦源輸出能量的步驟具體為所述雷射二極體以脈衝或連續方式輸出能量。
全文摘要
本發明適用於雷射器領域，提供了一種調Q雷射器及調Q的方法，調Q雷射器包括雷射諧振腔以及位於雷射諧振腔中的泵浦源、雷射增益介質以及調Q裝置，雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數，當反轉粒子數達到最大值時，觸發所述調Q裝置輸出開門信號，反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由所述雷射諧振腔輸出。在本發明中，雷射增益介質吸收泵浦源輸出的能量後形成反轉粒子數，當反轉粒子數達到最大值時，觸發調Q裝置輸出開門信號，反轉粒子數躍遷至下一能級產生自發輻射並形成脈衝雷射由雷射諧振腔輸出，這樣通過調Q裝置對諧振腔的Q值進行調節，使得雷射器簡單可靠、幹擾小、成本低。
文檔編號H01S3/11GK101552427SQ20091010705
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月5日 優先權日2009年5月5日
發明者張洪鑫, 高雲峰 申請人:深圳市大族雷射科技股份有限公司