腔內無附加插入元件損耗可調製雷射器的製作方法
2023-05-08 19:13:21
專利名稱：腔內無附加插入元件損耗可調製雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種腔內損耗可調製雷射器。
雷射腔內損耗調製技術的發展和應用，是雷射發展史上一個重要突破。通過調製雷射諧振腔內的損耗，可把雷射能量壓縮在寬度極窄的脈衝中發射，使光源的單色亮度提高几個數量級。現有雷射調製技術可分為三類一是控制雷射電源，實現雷射輸出的調製，如半導體雷射器。該方法簡單易行，價格便宜，但目前僅適合半導體雷射器中。二是在雷射諧振腔內放置調製元件，用傳遞信息控制調製元件物理特性的變化，以改變諧振腔的損耗，從而實現對輸出雷射的調製。如電光調Q、聲光調Q、可飽和吸收體被動調Q等。這些器件插入在雷射諧振腔內，無疑增加了雷射諧振腔的損耗，也使得光路複雜，效率低，易受強雷射損傷，且價格高，使用不方便。三是全反射鏡偏轉調製的轉鏡調Q，但在實施中調整困難，且調Q穩定性差，效率低，轉動機構複雜，體積大，笨重。
本發明的目的在於克服現有技術的不足之處，而提供一種損耗可調製雷射器，無需在雷射諧振腔內加入任何調製元件，而解決雷射諧振腔調Q或雷射輸出調製的問題。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是該雷射器包括雷射輸出鏡、雷射工作介質和反射率可調製的複合反射器，複合反射器安裝在雷射諧振腔的一端，由控制元件、光耦元件和反射稜鏡組成，反射稜鏡是直角屋脊稜鏡或是三面直角角錐稜鏡，光耦元件置於反射稜鏡的全內反射面外側，控制元件與光耦元件相結合，控制光耦元件與反射稜鏡的全內反射面之間的間隙，實現複合反射器的反射率調製。
本發明的優點是1.無調製元件的插入損耗，降低了雷射閾值，提高了雷射器的效率。
2.無調製元件置於雷射諧振腔內，使得光路簡單，便於使用。
3.複合反射器調Q的抗雷射損傷能力強，能應用於連續和脈衝高功率雷射器，實用面廣。
4.複合反射器中的反射稜鏡構成的雷射諧振腔，抗失調能力強，穩定性高，雷射器可在強振動的環境下正常運轉。
5.複合反射器能在紫外到中紅外波長工作。
圖1～圖9是本發明九種實施例的結構簡圖。
圖10是反射率可調製複合直角屋脊稜鏡反射器示意圖。
圖11是反射率可調製複合三面直角角錐稜鏡反射器示意圖。
以下結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
由圖1，控制反射稜鏡2一外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射稜鏡2及工作介質8。反射稜鏡是有兩個全反射面的直角屋脊稜鏡或是有三個全內反射面的三面直角角椎稜鏡。光耦元件3置於腔外，在反射稜鏡2的全內反射面外側，可保持接觸或保持較小間隙，由折射率大於1，且能透過或吸收雷射輻射的材料製成。控制元件4為電致伸縮控制元件或壓電微位移器控制元件，與光耦元件3相結合。當控制元件4與電源6接通以後，即發生改變，從而使光耦元件3與反射稜鏡2之間的空隙厚度發生改變。支架5固定在雷射頭的底座上，用於支撐控制元件4。
當光耦元件3與反射稜鏡2一個全內反射平面的空氣間隙大於或等於一個雷射輻射波長時，雷射在該反射稜鏡2裡的雷射能量將發生全反射，入射到反射稜鏡2裡的雷射能量將按入射方向全部返回，再經雷射輸出鏡1反射，形成雷射腔內振蕩，此時腔內的損耗最小。當光耦元件3與反射稜鏡2一個平面的空氣間隙小於一個雷射輻射波長時，該稜鏡面的反射條件將發生變化，雷射在反射稜鏡2中將不會發生全反射，部分雷射能量將從反射稜鏡2中透射出來。光耦元件3與反射稜鏡2間的空氣間隙越小，透過的雷射輻射越大。此時，雷射諧振腔處於高損耗狀態。
由於調節光耦元件3與反射稜鏡2之間的空氣間隙，可使反射稜鏡2的反射率從0至100％變化，因而將控制元件4，光耦元件3和反射稜鏡2一起稱為反射率可調的複合反射器。複合反射器由控制元件4，光耦元件3和反射稜鏡2構成，安裝在雷射諧振腔的一端，取代諧振腔的全反鏡。通過控制複合反射器的反射率，即可達到控制雷射諧振腔腔內損耗的目的。若控制複合反射器的反射率與外部調製信號同步，則雷射諧振腔的損耗也隨外部調製信號變化，從而實現對諧振腔輸出雷射的調製。若控制複合反射器的反射率，使雷射諧振腔的Q值在雷射振蕩的建立時間內發生變化，則可實現對雷射諧振腔的調Q，輸出巨脈衝。
由圖2，控制反射稜鏡2兩個外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1，反射稜鏡2及工作介質8。在腔外，反射稜鏡2的兩個全內反射面外側分別設置光耦元件3、3』及控制元件4、4』，光耦元件3與控制元件4相結合，光耦元件3』與控制元件4』相結合。支架5固定在雷射頭的底座上，用於支撐控制元件4及4』。複合反射器由反射稜鏡2，光耦元件3、3』，控制元件4、4』構成。
由此類推，對有三個全內反射面的三面直角角錐稜鏡，可放置三個光耦元件。
由圖3，控制反射稜鏡2一外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射鏡7、反射稜鏡2及工作介質8。複合反射器由反射稜鏡2、光耦元件3、控制元件4構成。該複合反射器安裝在諧振腔一端，作為轉折光路且反射率可調製的反射鏡，通過調節空氣間隙，可使稜鏡的反射率在0～100％範圍內可調，實現雷射器調Q或輸出雷射的能量和脈衝重複率的調製。
由圖4，控制反射稜鏡2兩個外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射鏡7、反射稜鏡2及工作介質8。複合反射器的結構與圖2相同。
由圖5，控制兩個反射稜鏡2、2』一外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射稜鏡2、反射稜鏡2』及工作介質8。複合反射器的結構與圖1相同。
由圖6，控制兩個反射稜鏡2、2』外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射稜鏡2、反射稜鏡2』及工作介質8。複合反射器的結構與圖2相同。
由圖7，控制兩個反射稜鏡2、2』一外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射鏡7、反射稜鏡2、反射稜鏡2』及工作介質8。複合反射器的結構與圖1相同。
由圖8，控制兩個反射稜鏡2、2』外側面雷射透過率實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射鏡7、反射稜鏡2、反射稜鏡2』及工作介質8。複合反射器的結構與圖2相同。
由圖9，兩個複合反射器分別安裝在雷射諧振腔的兩端，取代諧振腔的全反鏡。控制兩個反射稜鏡2、9外側面雷射透過率，實現腔內損耗調製。雷射諧振腔包括雷射輸出鏡1、反射稜鏡2、反射稜鏡9及工作介質8。一端的複合反射器由反射稜鏡2、光耦元件3和控制元件4構成。另一端的複合反射器由反射稜鏡9、光耦元件10和控制元件11構成。支架12固定在雷射頭的底座上，用來支撐控制元件11。
上述一端的複合反射器可為圖2、圖5、圖6中的任何一種結構形式。
由圖10，其中兩個直角面為全內反射面。
由圖11，其中三個直角面為全內反射面。
權利要求
1.一種腔內無附加插入元件損耗可調製雷射器，包括雷射輸出鏡、雷射工作介質，其特徵在於它還包括反射率可調製的複合反射器，複合反射器安裝在雷射諧振腔的一端，由控制元件、光耦元件和反射稜鏡組成，反射稜鏡是直角屋脊稜鏡或是三面直角角錐稜鏡，光耦元件置於反射稜鏡的全內反射面外側，控制元件與光耦元件相結合，控制光耦元件與反射稜鏡的全內反射面之間的間隙，實現複合反射器的反射率調製。
2.根據權利要求1所述的損耗可調製雷射器，其特徵在於控制元件為電致伸縮控制元件或壓電微位移器控制元件。
3.根據權利要求1或2所述的損耗可調製雷射器，其特徵在於反射稜鏡的數目為一個或兩個。
4.根據權利要求1所述的損耗可調製雷射器，其特徵在於在雷射諧振腔的另一端裝有複合反射器。
全文摘要
本發明公開了一種創新的腔內無附加插入元件損耗可調製雷射器。該雷射器包括雷射輸出鏡、代替雷射全反鏡的反射率可調複合反射器及工作介質。複合反射器的反射率由光耦元件與反射稜鏡間的空氣間隙厚度決定,通過控制複合反射器的反射率可實現對雷射諧振腔內損耗的調製,達到了雷射調Q輸出和雷射調製輸出的目的。該雷射器提高了調Q雷射器的效率和抗雷射損傷能力,雷射器的抗失調能力強,穩定性好,調腔方便,便於使用,適用面廣。
文檔編號H01S3/08GK1352478SQ00131130
公開日2002年6月5日 申請日期2000年11月9日 優先權日2000年11月9日
發明者朱曉, 毛少卿, 陳木林, 黃恆 申請人:華中科技大學, 凌雲科技集團有限責任公司