主動控制的被動調q二極體泵浦固體雷射器的方法
2023-05-24 14:39:46
專利名稱：主動控制的被動調q二極體泵浦固體雷射器的方法
技術領域：
本發明涉及一種調Q雷射二極體泵浦固體雷射器，特別是主動控制的 被動調Q二極體泵浦固體雷射器的方法。
背景技術：
調Q雷射二極體固體雷射器，主要由泵浦源雷射二極體、耦合系統、 諧振腔和Q開關組成。諧振腔是雷射器的核心部分，其中雷射介質是實現 將泵浦能量轉化成雷射能量的樞紐。泵浦源雷射二極體發射泵浦光，經過 耦合系統作用於諧振腔內的雷射介質，產生雷射振蕩所需要的粒子數反 轉。調Q開關控制雷射介質內能量的儲存和釋放，實現雷射器的脈衝工作 方式。
調Q開關的基本工作原理，通常是利用聲光衍射，電光衍射、或某些 介質的可飽和吸收等方式實現諧振腔腔內損耗大小的變化。當腔內損耗比 較大的時候，振蕩光不能起振，雷射器沒有雷射輸出，泵浦光導致雷射介 質上能級粒子數積累，實現能量儲存。當腔內損耗比較小時，由於閾值降 低，振蕩光可迅速起振，雷射介質中的上能級粒子短時間內集中受激躍遷， 儲存的能量迅速釋放，形成雷射脈衝而輸出。以上所述幾種控制腔內損耗 變化的方式，分別稱為聲光Q,電光Q和被動Q。在已知的調Q方式中，被動 調Q是已知的結構比較簡單的調Q方式。
但是被動調Q開光雷射脈衝的輸出通常不能夠通過電路主動地進行控 制。這限制了其在某些需要與其他系統同步或需要主動控制脈衝輸出的場 合的應用。
對於現有的通過聲光衍射或電光衍射實現主動調Q製作的二極體泵浦 固體雷射器，由於存在複雜的電結構和不容易實現高頻調製，限制了雷射 器性能的提高。
發明內容
本發明的目的是提供一種主動控制的被動調Q二極體泵浦固體雷射器 的方法，它的工藝簡單、可靠性高、容易實現高頻調製。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的， 一種主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射器的方法，它包括雷射二極體泵浦源l、雷射諧振腔，
雷射諧振腔內固定有雷射介質4、被動調Q開關5，其特徵是利用輔助 光源8控制被動調Q開關5的介質內雷射的損耗；當需要關閉被動調Q開 關5時，關掉輔助光源8，此時雷射諧振腔內損耗比較大，雷射介質4內 的反轉粒子數得到積累；而需要打開被動調Q開關5時，則開啟輔助光源8， 對被動調Q開關5的介質進行照射，降低雷射諧振腔內損耗時，雷射諧振 腔滿足雷射輸出脈衝條件有雷射輸出。 所述的輔助光源8是雷射二極體。
所述的輔助光源8的輸出光波波長是被動調Q開關5的飽和吸收波長。
所述的飽和吸收波長範圍與輸出雷射的波長範圍一致。
所述的雷射諧振腔至少包括諧振腔反射鏡3、雷射介質4、被動調Q開
關5、諧振腔輸出鏡6，諧振腔反射鏡3、雷射介質4、被動調Q開關5、諧振
腔輸出鏡6依次沿光軸排例。
所述的輔助光源8是經過諧振腔外側的輔助光反射鏡7反射照射到被 動調Q開關5的介質上。
所述的輔助光源8也可以是經諧振腔內側的輔助光反射鏡7反射照射 到被動調Q開關5的介質上。
所述的雷射介質4泵浦光端面一側，可以鍍光學反射膜構成諧振腔反 射鏡3。
所述的被動調Q開關5右端面可以鍍光學膜構成諧振腔輸出鏡6。 本發明的特點是端面泵浦結構通常有光纖耦合方式和非光纖耦合方 式。光纖耦合方式連接有光纖耦合器，泵浦光由光纖耦合器輸出端輸出。 無論哪種泵浦方式，雷射介質的泵浦源間均可以有光學耦合裝置，光學耦 合裝置可以控制或改善入射到雷射介質的泵浦光的空間分布。
本發明的有益效果是，採用本發明的被動調Q雷射器，其調Q過程可 以主動進行控制， 一方面提高了被動調Q雷射輸出的穩定性，另一方面拓 寬其應用的範圍，可以用於光脈衝輸出需要同其他設備同步的雷射應用場 合。因此本發明可以作為主動調Q雷射器進行應用，與聲光調Q開關和電 光調Q過程相比較，本發明不需要複雜的電結構，很容易實現高頻調製。
下面結合實施例附圖對本發明做進一步說明。
圖l是本發明的原理圖，也是第一個實施例的構造圖。
圖2是本發明實施例2的構造圖。
圖3是本發明實施例3的構造圖。
圖4是本發明實施例4的構造圖。
圖5是本發明實施例5的構造圖。
圖中1、雷射二極體泵浦源；2、光學耦合單元；3、諧振腔反射鏡; 4、雷射介質；5、被動調Q開關；6、諧振腔輸出鏡；7、輔助光反射鏡； 8、輔助光源。
具體實施例方式
如圖1所示，雷射二極體泵浦源1通過光學耦合單元2以一定的空間分 布，將泵浦光射入諧振腔中的雷射介質4上，對雷射介質4進行泵浦。諧振 腔由諧振腔反射鏡3和諧振腔輸出鏡6構成，雷射介質4在諧振腔反射鏡3— 側；被動調Q開關5在諧振腔輸出鏡6—側。整體諧振腔光同軸。諧振腔輸 出鏡6外側的輔助光源8以光脈衝方式輸出輔助光，當輔助光源8在開啟狀 態時，光脈衝經諧振腔外的輔助光反射鏡7的反射照射到被動調Q開關5 (飽 和吸收介質)的介質上，迅速對被動調Q開關5的介質產生作用，使之漂白， 改變腔內光的損耗，使被動調Q開關5打開，雷射諧振腔處於輸出雷射狀態。 而當輔助光源8在關閉狀態時，被動調Q開關5沒有被漂白，被動調Q開關5 關閉，諧振腔光損耗較大，這時雷射諧振腔將處於關斷狀態。需要說明的 是輔助光源8輸出波長範圍需覆蓋被動調Q開關5中的飽和吸收介質的漂白 波長。
圖1給出的結構與和傳統雷射被動調Q方法不同，它考慮了雷射在飽 和吸收晶體內的吸收係數隨晶體吸收光子數的增加而降低的特點，利用輔 助光控制被動調Q介質內雷射的損耗。當需要關閉被動調Q開關5時，關 掉輔助光源8，此時腔內損耗比較大，雷射介質內的反轉粒子數得到積累。 而需要打開被動調Q開關5時，則開啟輔助光源8，對被動調Q介質進行照 射，降低腔內損耗時，此時可以輸出雷射脈衝。由於輔助光源8的打開和 關閉可以主動控制，因此，這種調Q便具有了主動調Q過程的特點。
同樣在圖1中，雷射諧振腔包括諧振腔反射鏡3、雷射介質4、被動調Q 開關5、諧振腔輸出鏡6，諧振腔反射鏡3，雷射介質4、被動調Q開關5、諧振腔輸出鏡6依次沿光軸排例。
圖2給出另一個實施例，它與圖l的不同之處在於，諧振腔輸出鏡6內 側放入了輔助光反射鏡7，輔助光源8發射輔助光經諧振腔內的輔助光反射 鏡7反射照射到被動調Q開關5的介質上，其工作方式與圖1完全相同。
在圖3中，雷射介質4泵浦光端面一側鍍光學反射膜構成諧振腔反射鏡 3，省去了圖1和圖2中的諧振腔反射鏡3。它與圖1一樣將輔助光反射鏡7放 在諧振腔輸出鏡6外側。諧振腔輸出鏡6外側的輔助光源8發射輔助光，經 諧振腔外的輔助光反射鏡7的反射照射到被動調Q開關5的介質上，以控制 被動調Q開關5的介質對泵浦光的吸收，漂白被動調Q開關5中介質，改變腔 內光的損耗。這種結構可減小整雷射器的體積和成本。
在圖4中，與圖3不同的是被動調Q開關介質5右端面鍍光學膜構成諧振 腔輸出鏡6，省去了圖1和圖2中的諧振腔輸出鏡6。輔助光反射鏡7放在激 光介質4右端面外側，輔助光源8發射輔助光，經雷射介質4右端面外側的 輔助光反射鏡7照射到被動調Q開關5的介質上，控制被動調Q開關5的介質 對振蕩光的吸收，漂白被動調Q開關5中介質，改變腔內光的損耗。這種結 構可減小雷射器的體積和成本。
圖5給出了一個將光學耦合單元2省去的實施方案。其它的結構與圖l 相同。
本發明通過提出多種方案，是要說明無論是諧振腔是何種形式，只要 利用輔助光源8控制被動調Q開關5的介質內雷射的損耗；當需要關閉被 動調Q開關5時，關掉輔助光源8，此時雷射諧振腔內損耗比較大，雷射 介質內的反轉粒子數得到積累；而需要打開被動調Q開關5時，則開啟輔 助光源8，對被動調Q開關5的介質進行照射，降低雷射諧振腔內損耗時， 雷射諧振腔滿足雷射輸出脈衝條件有雷射輸出。這種通過對輔助光源8的 控制實現可控的同步光脈衝輸出，為被動調Q 二極體泵浦固體雷射器的應 用帶來了新的前景。因為輔助光源8的開與關調製頻率很高，只要被動調 Q開關5的介質對泵浦光的吸收時間可以很快，主動調Q雷射器脈衝輸出 頻率就能多快。
權利要求
1、主動控制的被動調Q二極體泵浦固體雷射器的方法，它包括雷射二極體泵浦源(1)、雷射諧振腔，雷射諧振腔內固定有雷射介質(4)、被動調Q開關(5)，其特徵是利用輔助光源(8)控制被動調Q開關(5)的介質內雷射的損耗；當需要關閉被動調Q開關(5)時，關掉輔助光源(8)，此時雷射諧振腔內損耗比較大，雷射介質(4)內的反轉粒子數得到積累；而需要打開被動調Q開關(5)時，則開啟輔助光源(8)，對被動調Q開關(5)的介質進行照射，降低雷射諧振腔內損耗時，雷射諧振腔滿足雷射輸出脈衝條件有雷射輸出。
2、 根據權利要求1所述的主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射 器的方法，其特徵是所述的輔助光源(8)是雷射二極體。
3、 根據權利要求1所述的主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射 器的方法，其特徵是所述的輔助光源(8)的輸出光波波長是被動調Q 開關(5)的飽和吸收波長。
4、 根據權利要求3所述的主動控制的被動調Q二極體泵浦固體雷射器的方法，其特徵是所述的飽和吸收波長範圍與輸出雷射的波長範圍一致。
5、 根據權利要求1所述的主動控制的被動調Q二極體泵浦固體雷射器 的方法，其特徵是所述的雷射諧振腔至少包括諧振腔反射鏡(3)、雷射 介質(4)、被動調Q開關(5)、諧振腔輸出鏡(6)，諧振腔反射鏡(3)、 雷射介質(4)、被動調Q開關(5)、諧振腔輸出鏡(6)依次沿光軸排例。
6、 根據權利要求i所述的主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射器 的方法，其特徵是所述的輔助光源(8)是經過諧振腔外側的輔助光反 射鏡(7)反射照射到被動調Q開關(5)的介質上。
7、 根據權利要求i所述的主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射器 的方法，其特徵是所述的輔助光源(8)也可以是經諧振腔內側的輔助 光反射鏡(7)反射照射到被動調Q開關(5)的介質上。
8、 根據權利要求i所述的主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射器 的方法，其特徵是所述的雷射介質(4)泵浦光端面一側，可以鍍光學 反射膜構成諧振腔反射鏡(3)。
9、 根據權利要求i所述的主動控制的被動調Q 二極體泵浦固體雷射器 的方法，其特徵是所述的被動調Q開關(5)右端面可以鍍光學膜構成 諧振腔輸出鏡(6)。
全文摘要
本發明涉及一種調Q雷射二極體泵浦固體雷射器，特別是主動控制的被動調Q二極體泵浦固體雷射器的方法，它包括雷射二極體泵浦源(1)、雷射諧振腔，雷射諧振腔內固定有雷射介質(4)、被動調Q開關(5)，其特徵是利用輔助光源(8)控制被動調Q開關(5)的介質內雷射的損耗；當需要關閉被動調Q開關(5)時，關掉輔助光源(8)，此時雷射諧振腔內損耗比較大，雷射介質(4)內的反轉粒子數得到積累；而需要打開被動調Q開關(5)時，則開啟輔助光源(8)，對被動調Q開關(5)的介質進行照射，降低雷射諧振腔內損耗時，雷射諧振腔滿足雷射輸出脈衝條件有雷射輸出。它的工藝簡單、可靠性高、容易實現高頻調製。
文檔編號H01S3/11GK101207264SQ20071018843
公開日2008年6月25日 申請日期2007年11月30日 優先權日2007年11月30日
發明者文建國, 李兵斌, 王石語, 蔡德芳, 振 過 申請人:西安電子科技大學