種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法及其雷射器的製作方法

2023-12-02 09:27:11 1

專利名稱：種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法及其雷射器的製作方法
技術領域：
本發明涉及單頻雷射器，是一種種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法及其雷射器，通過對種子注入雷射器從動腔腔長的動態調節實現脈衝間能量穩定的單縱模調Q雷射輸出。
背景技術：
單縱模調Q雷射器在雷射雷達、非線性光學等領域有廣泛的應用前景。目前通常採用種子注入的方法實現高平均功率單縱模調Q雷射器。種子注入方案將頻率性能優良的低功率連續種子光注入從動腔內，當種子光頻率與從動腔縱模頻率匹配時即可輸出單縱模調Q雷射。要成功實現種子注入得到單縱模調Q雷射輸出，關鍵在於採用合適的從動腔腔長控制方法，使種子雷射器頻率與從動腔縱模頻率匹配。目前已有的技術包括建立時間最小化方案和諧振探測方案。
建立時間最小化方案在每次出光之後對腔長進行反饋調節，使調Q脈衝的建立時間最短，這種方案對器件要求較低，能保證輸出脈衝的能量穩定度，但是抗幹擾能力差，只適用於實驗室使用。諧振探測方案在每個泵浦脈衝期間對腔長進行掃描，當掃描到合適位置時打開調Q開關，該方案能實現近100％的單縱模輸出，有很強的抗幹擾能力，但由於掃描到合適位置的時間具有不確定性，每次調Q開關打開時對應的泵浦脈衝寬度不同，使得脈衝間能量抖動較大。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點，提供一種種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法及其雷射器，以保障輸出單縱模脈衝的機率和系統的抗幹擾能力，提高脈衝間的能量穩定度。
本發明技術解決方案是一種種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法，該方法是基於諧振探測原理測量種子光經過從動腔形成的幹涉信號是否達到峰值作為種子光頻率與從動腔雷射縱模頻率匹配的判據。
該方法是將雷射器的後腔鏡粘在一壓電陶瓷上，在每一個泵浦脈衝期間，壓電陶瓷驅動電路在壓電陶瓷上施加一線性掃描電壓，當檢測到種子光經過從動腔形成的幹涉信號峰值時，將雷射器的Q開關打開，隨即輸出單縱模調Q雷射，以保證輸出單縱模脈衝的機率和系統的抗幹擾能力，同時由一時序控制系統在每個脈衝結束之後對掃描電壓起始時刻相對於泵浦脈衝起始時刻的延時量進行反饋控制，使每次調Q開關打開的時刻處於泵浦脈衝後沿的相同位置，以提高脈衝間的能量穩定度。
該方法的控制過程包括下列步驟①時序控制系統在每一周期的起始時刻給雷射器泵浦電源發出觸發信號trg1，該泵浦電源在檢測到該觸發信號後用脈寬為t0的泵浦脈衝對雷射介質進行泵浦；②時序控制系統從內置的寄存器讀出t1值，經過t1的延時後，向壓電陶瓷驅動電路發出觸發信號tgr2，該壓電陶瓷驅動電路向壓電陶瓷開始輸出線性掃描電壓對腔長進行掃描；③時序控制系統對光電探測器的信號進行檢測，當檢測到幹涉峰值時，向調Q電路給出觸發信號tgrQ，該調Q電路接收到觸發信號tgrQ後打開Q開關，雷射器輸出單縱模調Q雷射；④時序控制系統測量tgr1和tgrQ之間的延時量t2，將t2與t0進行比較，並據此對寄存器中的t1值進行修正t1＝t1+(t0-t2)。
一種利用種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法的種子注入的單縱模調Q雷射器，包括一種子雷射器，其特徵在於該雷射器的構成是沿所述的種子雷射器發出的光路上，依次有隔離器、1/2波片、第一1/4波片、壓電陶瓷、後腔鏡、第二1/4波片、調Q晶體、起偏器、第三1/4波片、雷射介質和輸出鏡，對應於所述的壓電陶瓷、調Q晶體和雷射介質分別設有壓電陶瓷驅動電路、調Q電路和泵浦電源，在所述的起偏器的反射輸出光路上有光電探測器，所述的壓電陶瓷驅動電路、調Q電路、泵浦電源和光電探測器都與一時序控制器相連。
所述的後腔鏡的透射率為2％～5％，且後腔鏡粘附於快響應的壓電陶瓷上面。
當電光調Q晶體不施加電壓時，Q開關處於關斷狀態，第二1/4波片和起偏器構成一個偏振幹涉濾波器。
在所述的雷射介質兩端各採用了一個1/4波片。
所述的雷射介質採用高效冷卻系統將溫度起伏控制在0.2℃以內。
所述的雷射介質與種子雷射器的晶體的設置溫度相同。
本發明與現有技術相比具有的優點在於1)利用了諧振探測原理，在每個泵浦脈衝期間都對腔長進行掃描，掃描到合適位置時打開調Q開關，使每一次出光時從動腔縱模頻率都與種子光頻率匹配，保證了種子注入的成功率，提高了系統的抗幹擾能力。
2)在諧振探測的基礎上，由時序控制系統對掃描電壓的起始時刻進行反饋控制，使每次調Q開關打開的時刻都對應於泵浦脈衝後沿的同一時刻，提高了脈衝間的能量穩定度。


圖1為本發明種子注入的單縱模調Q雷射器的結構框圖。
圖2為該方案中泵浦脈衝、掃描電壓以及各觸發信號之間的時序關係。
圖3為利用本發明進行腔長控制的流程圖。
圖中1-種子雷射器 2-隔離器 3-1/2波片 401-第一1/4波片 402-第二1/4波片 403-第三1/4波片 404-第四1/4波片 5-全反鏡 6-壓電陶瓷 7-後腔鏡 8-調Q晶體 9-起偏器 10-雷射介質 11-輸出鏡12-壓電陶瓷驅動電路 13-調Q電路 14-光電探測器 15-泵浦電源16-時序控制器。
具體實施例方式
下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護範圍。
先請參閱圖1，圖1為本發明種子注入的單縱模調Q雷射器實施例的結構框圖。由圖可見，本發明種子注入的單縱模調Q雷射器，包括一種子雷射器1，該雷射器的構成是沿所述的種子雷射器1發出的光路上，依次有隔離器2、1/2波片3、第一1/4波片401、全反射鏡5、壓電陶瓷6、後腔鏡7、第二1/4波片402、調Q晶體8、起偏器9、第三1/4波片403、第三1/4波片403、雷射介質10、第四1/4波片404和輸出鏡11，所述的後腔鏡7粘附於所述的壓電陶瓷6上，對應於所述的壓電陶瓷6、調Q晶體8和雷射介質10分別設有壓電陶瓷驅動電路12、調Q電路13和泵浦電源15，在所述的起偏器9的反射輸出光路上有光電探測器14，所述的壓電陶瓷驅動電路12、調Q電路13、泵浦電源15和光電探測器14都與一時序控制器16相連。
所述的後腔鏡7的透射率為2％～5％。
當電光調Q晶體8不施加電壓時，Q開關處於關斷狀態，第二1/4波片402和起偏器9構成一個偏振幹涉濾波器。
雷射介質10採用高效冷卻系統將溫度起伏控制在0.2℃以內，保證熱擾動引起的腔長變化很小；雷射介質10的設置溫度與種子雷射器1晶體的設置溫度相同，使增益峰匹配，保證注入成功率並提高輸出能量；雷射介質10兩端各放置一片1/4波片403、404消除雷射介質內的空間燒孔效應。
下面結合附圖2和附圖3對該方案的整個腔長控制過程進行描述。
種子雷射器1發出的種子光為低功率的單縱模連續雷射，線寬為kHz量級，經過1/2波片3和1/4波片401之後被調整至合適的偏振態。種子光被全反鏡5反射後，通過透射率為2％～5％的後腔鏡7耦合進從動腔。種子光在從動腔內被分成兩部分從起偏器9反射出從動腔並發生幹涉，該幹涉光強信號由光電探測器14接收送給時序控制器16。兩部分種子光的相位差與從動腔的腔長相關，當種子光頻率與從動腔縱模頻率匹配時，反射光強有幹涉極大值，在控制過程中以幹涉極大值的出現作為腔長掃描到合適位置的判據。在每一周期的起始時刻由時序控制系統16給出觸發信號trg1至泵浦電源15，泵浦電源15在檢測到該觸發信號後用脈寬為t0的泵浦脈衝對雷射介質10進行泵浦，在每個泵浦脈衝開始後的t1時刻，壓電陶瓷驅動電路12輸出線性掃描電壓給壓電陶瓷6對從動腔腔長進行掃描，掃描到合適位置時，時序控制系統16向調Q電路13給出觸發信號tgrQ，該調Q電路13對調Q晶體8加壓打開Q開關，雷射器隨即輸出單縱模調Q脈衝，時序控制系統16在每個脈衝結束之後計算tgrQ與tgr1之間的延時量t2，並對t2和t0進行比較，並據此對寄存器中的t1值進行修正t1＝t1+(t0-t2)。下一周期中即以修正後的t1值作為控制參數，通過該反饋可以使每一周期中的t2值與t0值基本相等，即每一次調Q開關打開的時間都位於泵浦脈衝後沿的同一時刻，保證了輸出脈衝的能量穩定度。
權利要求
1.一種種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法，其特徵在於該方法是將雷射器的後腔鏡粘在一壓電陶瓷(6)上，在每一個泵浦脈衝期間，壓電陶瓷驅動電路在壓電陶瓷上施加一線性掃描電壓，當檢測到種子光經過從動腔形成的幹涉信號峰值時，將雷射器的Q開關打開，隨即輸出單縱模調Q雷射，同時由一時序控制系統(16)在每個脈衝結束之後對掃描電壓起始時刻相對於泵浦脈衝起始時刻的延時量進行反饋控制，使每次Q開關打開的時刻處於泵浦脈衝後沿的相同位置。
2.根據權利要求1所述的控制方法，其特徵在於控制過程包括下列步驟①時序控制系統(16)在每一周期的起始時刻給雷射器泵浦電源(15)發出觸發信號trg1，該泵浦電源(15)在檢測到該觸發信號後用脈寬為t0的泵浦脈衝對雷射介質(10)進行泵浦；②時序控制系統(16)從內置的寄存器讀出t1值，經過t1的延時後，向壓電陶瓷驅動電路(12)發出觸發信號tgr2，該壓電陶瓷驅動電路(12)向壓電陶瓷(6)開始輸出線性掃描電壓對腔長進行掃描；③時序控制系統(16)對光電探測器(14)的信號進行檢測，當檢測到幹涉峰值時，向調Q電路(13)給出觸發信號tgrQ，該調Q電路(13)接收到觸發信號tgrQ後打開Q開關，雷射器輸出單縱模調Q雷射；④時序控制系統(16)測量tgr1和tgrQ之間的延時量t2，將t2與t0進行比較，並據此對寄存器中的t1值進行修正t1＝t1+(t0-t2)。
3.一種利用權利要求1所述方法的種子注入的單縱模調Q雷射器，包括一種子雷射器(1)，其特徵在於該雷射器的構成是沿所述的種子雷射器(1)發出的光路上，依次有隔離器(2)、1/2波片(3)、第一1/4波片(401)、壓電陶瓷(6)、後腔鏡(7)、第二1/4波片(402)、調Q晶體(8)、起偏器(9)、第三1/4波片(403)、雷射介質(10)和輸出鏡(11)，所述的後腔鏡(7)粘附於所述的壓電陶瓷(6)上，對應於所述的壓電陶瓷(6)、調Q晶體(8)和雷射介質(10)分別設有壓電陶瓷驅動電路(12)、調Q電路(13)和泵浦電源(15)，在所述的起偏器(9)的反射輸出光路上有光電探測器(14)，所述的壓電陶瓷驅動電路(12)、調Q電路(13)、泵浦電源(15)和光電探測器(14)都與一時序控制器(16)相連。
4.根據權利要求3所述的種子注入的單縱模調Q雷射器，其特徵在於所述的後腔鏡(7)的透射率為2％～5％。
5.根據權利要求3所述的種子注入的單縱模調Q雷射器，其特徵在於當電光調Q晶體(8)不施加電壓時，Q開關處於關斷狀態，第二1/4波片(402)和起偏器(9)構成一個偏振幹涉濾波器。
6.根據權利要求3所述的種子注入的單縱模調Q雷射器，其特徵在於在所述的雷射介質(10)兩端各採用了一個1/4波片。
7.根據權利要求3所述的種子注入的單縱模調Q雷射器，其特徵在於所述的雷射介質(10)採用高效冷卻系統將溫度起伏控制在0.2℃以內。
8.根據權利要求3所述的種子注入的單縱模調Q雷射器，其特徵在於所述的雷射介質(10)與種子雷射器(1)晶體的設置溫度相同。
全文摘要
一種種子注入雷射器從動腔腔長的控制方法及其雷射器，該控制方法是將雷射器的後腔鏡粘在一壓電陶瓷上，在每一個泵浦脈衝期間，壓電陶瓷驅動電路在壓電陶瓷上施加一線性掃描電壓，當檢測到種子光經過從動腔形成的幹涉信號峰值時，將雷射器的Q開關打開，隨即輸出單縱模調Q雷射，同時由一時序控制系統在每個脈衝結束之後對掃描電壓起始時刻相對於泵浦脈衝起始時刻的延時量進行反饋控制，使每次Q開關打開的時刻處於泵浦脈衝後沿的相同位置。本發明能輸出單縱模脈衝的機率接近100％，大大提高了脈衝間的能量穩定度。
文檔編號H01S3/13GK101039010SQ200710040089
公開日2007年9月19日 申請日期2007年4月27日 優先權日2007年4月27日
發明者周軍, 陳衛標, 臧華國, 劉繼橋, 卜令兵 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所