最佳透過率可調的雷射器的製作方法
2023-05-10 08:44:16
專利名稱：最佳透過率可調的雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及雷射器技術領域，尤其涉及一種最佳透過率可調的雷射器。
背景技術：
雷射器的輸出透過率對雷射器的輸出光功率影響很大，如果透過率太高，會導致腔內增益係數的閾值升高，如果介質的雙程增益係數不夠大，將會導致腔內光強減小，進而使輸出功率降低，嚴重時甚至使腔內不能形成雷射(沈柯.雷射原理教程[M].北京北京工業學院出版社，1986，135-138);當然雷射器的輸出透過率也不能太小，因為透過率太小，雖然使增益係數的閾值降低，腔內光強增強，但隨著腔內光強的增強，腔內損耗也會增大，這使光波在介質中往返一次所增加的光能量中用於損耗的部分增多，並未實現增加輸出的預期效果，並且容易燒壞腔內光學元件(W.克希耐爾著.孫文，江澤文譯.固體雷射工程 [M],北京科學出版社，2002，356-405);為了使雷射器有最大的輸出功率，必須使雷射器的輸出透過率取最佳值。雷射器的最佳輸出透過率與雷射器的結構、增益介質提供的增益大小、雷射器的工作狀態及雷射器的損耗都有關係，以雷射器的工作狀態為例，連續出光的最佳輸出透過率和調Q以後出光的最佳輸出透過率在很多時候有很大差別，尤其是雷射單脈衝能量比較大，重複頻率比較低時差別更大，僅僅通過理論計算得到的最佳輸出透過率往往與實際的情況存在較大的誤差(W. Koechner. Solid-State Laser Engineering[M]. New York Springer Science+Business Media Inc 2006,488-529)。現有雷射器設計和製作技術中，技術人員一般通過實驗的方法獲得雷射器的最佳透過率，具體的辦法是在雷射器的腔型結構、增益介質的泵浦特性及雷射器的工作狀態確定的情況下，通過更換不同透過率的輸出鏡的辦法來實現功率最大輸出(餘本海.輸出鏡對雙棒串接固體雷射器輸出光束的影響[J].雷射技術，2004，28 (I) :94-97)。但這種方法既費時又難以準確找到最佳輸出透過率的值。此外，還有採用在腔內加入通過機械旋轉調整的1/4波片來調節雷射器的輸出透過率的方法(樊仲維，崔建豐，裴博.一種透過率可調的雷射器中國專利，ZL200620119283. 2 [P]，2007-11-27)，但採用這種方法調整時的穩定性要求高，且不能實現快速調節。在實際應用中，對於不同的應用環境，需要的雷射器的輸出光功率往往不同，通過衰減或調節雷射器的輸出透過率可以得到在某一特定值以下光功率可調節的雷射，但這時泵浦能量轉換為有用的雷射能量的效率較低，會有相當一部分能量被浪費掉，在採用僅通過調節雷射器輸出透過率實現對雷射輸出功率的調節時，被浪費掉的這些能量會轉換為熱能，給雷射器的散熱增加負擔，嚴重時會影響雷射器的出光性能，甚至使雷射熄滅。
發明內容
(一 )要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是提供一種最佳透過率可調的雷射器，實現對雷射器輸出透過率的快速調節，使雷射器輸出光功率能夠快速變化，並且使雷射器始終工作在最佳透過率狀態。( 二 )技術方案為解決上述問題，本發明提供了一種最佳透過率可調的雷射器，包括第一、第二和第三全反射鏡，用於構成雷射器的諧振腔；雷射增益模塊，設於所述諧振腔的光路上，用於對雷射進行放大；第一電光晶體，設於所述諧振腔的光路上，用於對經過的光的偏振狀態進行調節，進而調節雷射器的輸出透過率； 第一偏振分光器，設於所述第一電光晶體和第二全反射鏡之間的光路上，用於與所述第一電光晶體配合實現對雷射器輸出透過率的調節；第二電光晶體，設於所述諧振腔的光路上，用於對經過的光的偏振狀態進行調節，進而調節諧振腔的損耗；第二偏振分光器，設於所述第二電光晶體、第三全反射鏡以及第一電光晶體之間的光路上，用於與所述第二電光晶體配合實現對諧振腔損耗的調節。優選地，所述第二電光晶體上施加的電壓隨所述第一電光晶體上施加的電壓的變化而對應變化。優選地,所述第二電光晶體、第二偏振分光器、雷射增益模塊、第一電光晶體和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射鏡和第二全反射鏡之間，所述第一偏振分光器的一個反射面朝向所述第一電光晶體和第二全反射鏡設置，所述第二偏振分光器的一個反射面朝向所述雷射增益模塊和第三全反射鏡設置。優選地,所述第二電光晶體、第二偏振分光器、雷射增益模塊、第一電光晶體和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射鏡和第二全反射鏡之間，所述第一偏振分光器的一個反射面朝向所述第一電光晶體設置、透射面朝向所述第二全反射鏡設置，所述第二偏振分光器的一個反射面朝向所述雷射增益模塊和第三全反射鏡設置。優選地，經所述第一偏振分光器和第二偏振分光器所述反射面反射的光束的偏振方向相互平行或相互垂直。優選地，所述第二電光晶體改為設置在所述第三反射鏡和第二偏振分光器之間。優選地，所述雷射器還包括設置在所述第三反射鏡和第二偏振分光器之間的第三電光晶體，用於與所述第二電光晶體共同調節雷射器的損耗。(三)有益效果根據本發明最佳透過率可調的雷射器，利用通過第一電光晶體快速調節雷射器輸出透過率的方法，也可以快速確定所設計的雷射器的最佳輸出透過率，由於採用電壓調節，腔內無機械調整的部件，因此，輸出透過率調整時對雷射器諧振腔的影響大幅度減小，且採用晶體的電光效應進行調節，其相應速度是機械調節無可比擬的，因此可實現對輸出透過率的快速調節。本發明通過設置調節雷射器損耗的電光晶體，使得對應著每一個輸出光功率值，所需的泵浦光功率都是最小，即雷射器始終工作在最佳透過率狀態。
圖I為本發明實施例一雷射器的結構不意圖；圖2為本發明實施例二雷射器的結構示意圖；圖3為本發明實施例三雷射器的結構示意圖；圖4為本發明實施例四雷射器的結構示意
其中，I :第一全反射鏡；2 :第二電光晶體；3 :第二偏振分光器；4 :雷射增益模塊；
5:第一電光晶體；6 :第一偏振分光器；7 :第二全反射鏡；8 :第三全反射鏡；9 :第三電光晶體。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明如下。實施例一如圖I所示，本實施例記載了一種最佳透過率可調的雷射器，包括第一全反射鏡I、第二全反射鏡7和第三全反射鏡8，用於構成雷射器的諧振腔；雷射增益模塊4，設於所述諧振腔的光路上，用於對雷射進行放大；第一電光晶體5，設於所述諧振腔的光路上，用於對經過的光的偏振狀態進行調節，進而調節雷射器的輸出透過率；第一偏振分光器6,設於所述第一電光晶體5和第二全反射鏡7之間的光路上,用於與所述第一電光晶體5配合實現對雷射器輸出透過率的調節；第二電光晶體2，設於所述諧振腔的光路上，用於對經過的光的偏振狀態進行調節，進而調節諧振腔的損耗；第二偏振分光器3,設於所述第二電光晶體2、第三全反射鏡8以及第一電光晶體5之間的光路上，用於與所述第二電光晶體2配合實現對諧振腔損耗的調節。由圖I可以看出，本實施例中，所述第二電光晶體2、第二偏振分光器3、雷射增益模塊4、第一電光晶體5和第一偏振分光器6依次分布在所述第一全反射鏡I和第二全反射鏡7之間，所述第一偏振分光器6的一個反射面朝向所述第一電光晶體5和第二全反射鏡I設置，所述第二偏振分光器3的一個反射面朝向所述雷射增益模塊4和第三全反射鏡8設置。本實施例中，經所述第一偏振分光器6和第二偏振分光器3的所述反射面反射的光束的偏振方向相反。本實施例中，所述第二電光晶體2上施加的電壓隨所述第一電光晶體5上施加的電壓的變化而對應變化。具體為所述兩個電光晶體工作時相互配合，協調一致，改變所述用於調節雷射器的輸出透過率的第一電光晶體5上的電壓，雷射器的輸出透過率發生變化，這時，所述用於調節雷射器損耗的第二電光晶體2上的電壓隨之改變，使得諧振腔的損耗也發生相應的改變，以保證雷射器輸出透過率變化時，一直處於最佳透過率狀態。本實施例的工作原理為如圖I所示，從第二全反射鏡7反射的光，其光矢量的振動方向垂直於紙面，經第一偏振分光器6反射後進入第一電光晶體5,第一電光晶體5上加電壓後感應的光軸方向在垂直於紙面的平面內，且與紙面的夾角為45°，經第一偏振分光器6反射的光矢量的振動方向垂直於紙面的光向左傳播，進入第一電光晶體5後,被分為光矢量的振動方向彼此垂直的兩部分，兩部分的振幅相等，光矢量的振動方向分別沿著第一電光晶體5感應出的快軸和慢軸方向，由於第一電光晶體5感應出的快軸方向和慢軸方向上的光的折射率不同，因此，經過第一電光晶體5後，沿快軸方向振動的光和沿慢軸方向振動的光會有一個相位差，二者合成後，一般會變為橢圓偏振光，繼續向左傳播；經雷射增益模塊4後被放大,再輸入第二偏振分光器3,分成光矢量的振動方向平行於紙面和垂直於紙面的兩部分，振動方向平行於紙面的部分的光經第二偏振分光器3後反射，再經第三全反射鏡8反射後，沿原來的光路返回；振動方向垂直於紙面的光經第二偏振分光器3後透射，繼續向左傳播，經過第二電光晶體2，所述第二電光晶體2加電壓時，感應的光軸也是在與紙面垂直的平面內，且與紙面的夾角為45°，向左傳輸的垂直於紙面振動的光經第二電光晶體2時，與通過第一電光晶體5時的作用原理一樣，一般變為橢圓偏振光，經過第一全反射鏡I反射後，向右傳播，再經過第二電光晶體2後，依然為橢圓偏振光，只不過橢圓的形狀會有所改變，再經過第二偏振分光器3時，垂直於紙面振動的部分通過第二偏振分光器3向右傳播，平行於紙面振動的部分經第二偏振分光器3反射出諧振腔。在一定範圍內，第二電光晶體2上加的電壓越大，反射出諧振腔的光就越大，雷射器的損耗越大。經第二偏振分光器3向右傳播的透射光和反射光(由第三全反射鏡8反射回的)一起經過雷射增益介質4， 增益放大後，經過第一電光晶體5後，垂直於紙面振動的光和平行於紙面振動的光均變為橢圓偏振光，經第一偏振分光器6後,平行於紙面偏振的光透射輸出，垂直於紙面偏振的光被反射至第二全反射鏡7，再經所述第二全反射鏡7反射會諧振腔。雷射器的輸出透過率與第一電光晶體5上加的電壓有關，通過調節加在第一電光晶體5上的電壓，可以實現對雷射器輸出透過率的調節。由以上描述可見,第一電光晶體5應當和第二電光晶體2協同工作，即雷射器工作時應配合調整兩個電光晶體上的電壓，使得雷射器輸出透過率變化時，雷射器始終處於最佳輸出透過率狀態。兩個電光晶體加電壓時，感應光軸也可以不嚴格與紙面成45°。實施例二 如圖2所示，本實施例的結構與實施例一相類似，區別在於，本實施例中所述第一偏振分光器6的一個反射面朝向所述第一電光晶體5設置、透射面朝向所述第二全反射鏡7設置。雷射經第一偏光分光器6反射輸出，而非實施例二中的透射輸出。實施例三如圖3所示，本實施例的結構與實施例一相類似，區別在於，本實施例中，經所述第一偏振分光器6和第二偏振分光器3的所述反射面反射的光束的偏振方向相同，即第二偏振分光器3的透光方向與第一偏振分光器6的透光方向一致。實施例四如圖4所示，本實施例的結構與實施例一相類似，區別在於，本實施例中，所述雷射器還包括設置在所述第三反射鏡和第二偏振分光器3之間的第三電光晶體9，用於與所述第二電光晶體2共同調節雷射器的損耗。具體的，本實施例中，光路由所述雷射增益模塊4向第二偏振分光器3傳播時,第二偏振分光器3反射和透射光的光路上各有一個電光晶體,兩個電光晶體加電壓時，對調節腔內損耗均有調節作用，調節效果更好。本發明的上述實施例記載的最佳透過率可調雷射器，可以實現對雷射器輸出透過率的快速調節，使雷射器輸出光功率能夠快速變化。另外，實施例一至四對應著每一個輸出光功率值，所需的泵浦光功率都是最小，即雷射器始終工作在最佳透過率狀態。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。·
權利要求
1.一種最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，包括 第一、第二和第三全反射鏡，用於構成雷射器的諧振腔； 雷射增益模塊，設於所述諧振腔的光路上，用於對雷射進行放大； 第一電光晶體，設於所述諧振腔的光路上，用於對經過的光的偏振狀態進行調節，進而調節雷射器的輸出透過率； 第一偏振分光器，設於所述第一電光晶體和第二全反射鏡之間的光路上，用於與所述第一電光晶體配合實現對雷射器輸出透過率的調節； 第二電光晶體，設於所述諧振腔的光路上，用於對經過的光的偏振狀態進行調節，進而調節諧振腔的損耗； 第二偏振分光器，設於所述第二電光晶體、第三全反射鏡以及第一電光晶體之間的光路上，用於與所述第二電光晶體配合實現對諧振腔損耗的調節。
2.如權利要求I所述的最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，所述第二電光晶體上施加的電壓隨所述第一電光晶體上施加的電壓的變化而對應變化。
3.如權利要求I所述的最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，所述第二電光晶體、第二偏振分光器、雷射增益模塊、第一電光晶體和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射鏡和第二全反射鏡之間，所述第一偏振分光器的一個反射面朝向所述第一電光晶體和第二全反射鏡設置，所述第二偏振分光器的一個反射面朝向所述雷射增益模塊和第三全反射鏡設置。
4.如權利要求I所述的最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，所述第二電光晶體、第二偏振分光器、雷射增益模塊、第一電光晶體和第一偏振分光器依次分布在所述第一全反射鏡和第二全反射鏡之間，所述第一偏振分光器的一個反射面朝向所述第一電光晶體設置、透射面朝向所述第二全反射鏡設置，所述第二偏振分光器的一個反射面朝向所述雷射增益模塊和第三全反射鏡設置。
5.如權利要求3或4所述的最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，經所述第一偏振分光器和第二偏振分光器所述反射面反射的光束的偏振方向相互平行或相互垂直。
6.如權利要求3或4所述的最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，所述第二電光晶體改為設置在所述第三反射鏡和第二偏振分光器之間。
7.如權利要求3或4所述的最佳透過率可調的雷射器，其特徵在於，還包括設置在所述第三反射鏡和第二偏振分光器之間的第三電光晶體，用於與所述第二電光晶體共同調節雷射器的損耗。
全文摘要
本發明公開了一種最佳透過率可調的雷射器，包括第一、第二和第三全反射鏡，用於構成雷射器的諧振腔；雷射增益模塊，用於對雷射進行放大；第一電光晶體，用於對經過的光的偏振狀態行調節，進而調節雷射器的輸出透過率；第一偏振分光器，設於所述第一電光晶體和第二全反射鏡之間的光路上，用於與所述第一電光晶體配合實現對雷射器輸出透過率的調節；第二電光晶體，設於所述諧振腔的光路上，用於調節諧振腔的損耗；第二偏振分光器，用於與所述第二電光晶體配合實現對諧振腔損耗的調節。本發明實現了對雷射器輸出透過率的快速調節，並且使雷射器始終工作在最佳透過率狀態。
文檔編號H01S3/105GK102684056SQ201210151989
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月16日 優先權日2012年5月16日
發明者劉歡, 鞏馬理, 張海濤, 柳強, 王濤, 閆平, 黃磊 申請人:清華大學