雙脈衝燈泵固體雷射器的製作方法

2023-12-02 17:19:36

專利名稱：雙脈衝燈泵固體雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及固體雷射器的製備。
背景技術：
20世紀80年代發展起來的粒子圖像測速技術(partiele image veloeimetry, PIV)是在流場顯示基礎上，利用近期發展的計算機圖象處理技術對流場顯示進行定量化測量，從而實現對流場的瞬態測量，其應用範圍涵蓋了從低速風洞到超音速流動，從液體流動到氣體流動流場的測量。它不僅能顯示流場流動的物理形態，而且能夠提供瞬時全場流動的定量信息，使流動可視化研究產生從定性到定量的飛躍.PIV系統中關鍵部件脈衝雷射器必須為高脈衝能量，高光束質量的雙脈衝輸出，以及在微秒量級的較寬的時序控制間隔。 目前為了獲得高光束質量的巨脈衝雷射，一種方法是採用在腔中插入小孔光欄進行選模， 但輸出效率非常低；另一種方法為變反射率高斯鏡VRM (Variable Reflectivity Mirror) 與虛共焦腔非穩定腔雷射技術結合在一起，從而實現了較高效率和較好模式的巨脈衝雷射輸出。Lavision Laser (德國)、hnolas Laser (德國慕尼黑)Quantel laser (法國)等國外雷射公司均開發出應用於流場測量的商品化雙脈衝雷射器。德國^molas的燈泵浦 YAGMaster系列其532nm重複頻率為10Hz_50Hz，輸出波形為平臺型(flat top)，雙脈衝時序控制範圍在1 一 200微秒之間。法國Quantel公司的twins系列燈泵雙脈衝雷射器重複頻率最高為30Hz，光斑分布都為超高斯分布。國內的時代卓易科技有限公司生產的 Turbolite脈衝調Q巨脈衝雷射器最高頻率30Hz，532nm單脈衝能量30mJ，光斑為VRM分布。 國內鐳寶光電技術有限公司生產的vlite系列脈衝雷射器532nm輸出1 15Hz，光斑分布為supermultimode (超多模分布)或VRM分布。

發明內容
本發明的目的在於提供一種能夠實現高脈衝能量、高光束質量的雙脈衝輸出，以及在微秒量級的較寬的時序控制間隔的雷射器。本發明採用如下技術方案一種1064nm雙脈衝燈泵固體雷射器，該雷射器包括由單個脈衝氙燈泵浦，電光Q開關，1/4波片、偏振片，單個Nd:YAG雷射晶體組成的正支虛共焦非穩腔。其特徵在於雙脈衝輸出由一個電光Q開關實現，通過給電光Q開關可調節的階梯形高壓來調整雙脈衝間隔及輸出能量。在Q開關運轉中，以光泵浦的方式將能量存儲在放大介質中，同時降低腔內的Q 值，阻止了雷射振蕩的產生。雖然激活介質的儲能大，增益高，但腔內損耗也大，故閾值很高，遠遠超出產生雷射的通常閾值，從而抑制了起振，使得雷射上能級的反轉粒子數大量積累。能量存儲的時間即雷射躍遷的上能級壽命量級。當突然恢復到高Q值時，儲能就以非常短的光脈衝釋放出來。由於激活介質的存儲能量建立了高增益，所以在極短的時間裡釋放出巨大的能量，所以產生脈衝的峰值功率比普通長脈衝的峰值功率高几個數量級。在低 Q值腔內不可能產生雷射。在閃光燈泵浦脈衝的末端，當反轉粒子數達到峰值時，諧振腔的Q值被調製到某一高值，腔內在此時開始形成雷射振蕩，發出一個Q開關脈衝。本發明的雙脈衝雷射器採用單燈單棒單泵浦腔輸出雙脈衝雷射器。現結合附圖1 說明本發明的單泵浦腔雙脈衝原理。在本發明中，為了產生雙脈衝輸出，在閃光燈泵浦脈衝過程中，諧振腔的Q值即被調製到某一較高值，即瞬間半打開Q開關，此時腔內開始形成雷射振蕩，發出一個Q開關脈衝。然後在第一個泵浦脈衝周期內經過一段可調節時間，再一次完全打開Q開關，此時腔內再一次形成雷射振蕩，發出第二個Q開關脈衝。通過對電光Q開關的調製高壓及打開時間的控制，可以得到1064nm雙脈衝輸出，脈寬在12ns以內，雙脈衝間隔5-150us可調。結合附圖2描述雷射器結構。整個雷射器主要由雷射增益介質，泵浦源和泵浦腔組成。其中雷射增益介質為Nd:YAG晶體。晶體兩端面嚴格平行。泵浦系統包括泵浦源2， 泵浦電源3，電光Q開關電路4，其中泵浦源為脈衝氙燈泵浦。諧振腔採用正支虛共焦非穩腔設計。兩個腔鏡的焦距之差為腔長。本發明的單燈泵浦雙脈衝雷射器，重複頻率l-50Hz可調，雙脈衝間隔5-lOOus， 1064nm單脈衝能量大於100mJ。


圖1為本雷射器工作原理圖。第一個圖表示泵浦燈過程，第二圖表示諧振腔損耗值，第三圖表示反轉粒子數濃度，第四圖表示光子數密度。
圖2為本雷射器結構示意圖。其中1一雷射晶體，2—脈衝氙燈，3—泵浦橢圓腔，4一泵浦電源，5—電光Q開關電路，6—電光Q開關，7 —1/4波片，8—偏振片，9一輸出鏡，10—全反鏡。
具體實施例方式圖2中NchYAG棒晶體(1)尺寸為8mmX 110mm，NcT摻雜濃度1%,端面鍍1064nm高透的介質膜。脈衝氙燈(2)作為泵浦源，氙燈尺寸為8mmX 110mm，Nd:YAG棒和氙燈置於橢圓柱鏡面聚光腔(3)內，循環水冷卻。氙燈電源(4)所使用的充放電電容為100yF。Q開關控制電路(5)產生約為300(T4000V可調。電光調Q延遲128us，雙脈衝間隔lOOus，電光 Q開關第一個高壓3. 5KV，第二個高壓4KV。全反鏡(10)反射率為99. 9%il064nm,曲率半徑 R-1500mm。輸出鏡(9)透過率50%曲率半徑R700mm。在泵浦電壓800V，時，獲得了 1064nm 雷射雙脈衝輸出能量最高200mJ，單脈衝輸出能量100mJ。
權利要求
1. 一種1064nm雙脈衝燈泵固體雷射器，該雷射器包括由單個脈衝氙燈泵浦，電光Q開關，1/4波片、偏振片，單個Nd: YAG雷射晶體組成的正支虛共焦非穩腔，其特徵在於雙脈衝輸出由一個電光Q開關實現，通過給電光Q開關可調節的階梯形高壓來調整雙脈衝間隔及輸出能量。
全文摘要
本發明提供了一種1064nm雙脈衝燈泵固體雷射器，該雷射器包括由單個脈衝氙燈泵浦，電光Q開關，1/4波片、偏振片，單個Nd:YAG雷射晶體組成的正支虛共焦非穩腔。其特徵在於雙脈衝輸出由一個電光Q開關實現，通過給電光Q開關可調節的階梯形高壓來調整雙脈衝間隔及輸出能量。該發明的雷射器，重複頻率1-50Hz可調，雙脈衝間隔5-100us，1064nm單脈衝能量大於100mJ。
文檔編號H01S3/16GK102354904SQ20111034786
公開日2012年2月15日 申請日期2011年11月7日 優先權日2011年1月28日
發明者史斐, 翁文, 蘇毅聰, 鄭暉, 阮開明, 黃見洪 申請人:中國科學院福建物質結構研究所