一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器，所述被动调Q激光器包括：泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、偏振激光介质、半波片、偏振片、被动调Q晶体和输出镜，其中：所述泵浦源、聚焦耦合镜组、全反镜、偏振激光介质、半波片、偏振片、被动调Q晶体和输出镜依次光学同轴排列，所述全反镜和输出镜组成谐振腔；所述偏振激光介质和半波片组成了偏振合成增益控制功能模块，通过旋转半波片来控制被动调Q激光器的增益，实现有效控制被动调Q激光器的脉冲频率。本发明专利技术方案能够在不改变泵浦功率、不影响晶体热效应及保持谐振腔稳定状态的条件下，被动调Q激光器本身实现增益控制，达到有效调节被动调Q激光器频率的技术效果。

A Passive Q-switched Laser Based on Polarization Synthetic Laser Gain

The invention discloses a passive Q-switched laser based on polarization synthesis laser gain. The passive Q-switched laser includes a pump source, a focus coupling lens group, an all-mirror, a polarization laser medium, a half-wave plate, a polarizer, a passive Q-switched crystal and an output mirror, in which the pump source, a focus coupling lens group, an all-mirror and a polarization mirror are included. Vibrating laser medium, half-wave plate, polarizer, passive Q-switched crystal and output mirror are arranged in optical coaxial order. The all-mirror and output mirror form a resonator. The polarization laser medium and half-wave plate form a polarization synthesis gain control module. The gain of passive Q-switched laser is controlled by rotating half-wave plate to achieve effective performance. The pulse frequency of passively Q-switched laser is controlled. The scheme of the invention can realize gain control of the passive Q-switched laser itself without changing the pump power, affecting the thermal effect of the crystal and maintaining the stable state of the resonator, so as to achieve the technical effect of effectively adjusting the frequency of the passive Q-switched laser.

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器
本专利技术涉及激光器
，具体涉及一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器。
技术介绍
被动调Q激光器具有体积小、成本低、结构紧凑的优点，在激光雕刻、显示和舞台布景等具有广泛的市场应用前景。被动调Q经常用于连续泵浦的激光器中获得高重频的脉冲激光输出。由被动调Q技术特点可以看出，形成激光脉冲的一个关键点是激光器增益要达到激光器的阈值，在连续泵浦的被动调Q激光器中，经常出现产生激光脉冲的时刻和频率都不同的混乱现象，这是因为多模状态下，每个模式的激光器阈值有所不同，为了获得此条件下的稳定脉冲调Q激光输出，需要激光器保持单横模运转。为使激光器实现单模运转，需要激光器的泵浦功率处于稳定状态，即激光器增益介质所产生的热透镜焦距不变，激光器谐振腔损耗不变，这样调Q激光器可以获得脉冲稳定的固定频率激光输出。当泵浦功率变化时，破坏了激光器单模运转条件，被动调Q脉冲和频率稳定性将受到破坏。影响被动调Q的脉冲频率的因素主要有泵浦功率、输出镜反射率和谐振腔，其中输出镜和谐振腔参数一旦确定下来，调Q激光参数也将确定下来，只能通过改变泵浦功率，局部进行频率调整。泵浦功率改变，将影响晶体的热效应，造成谐振腔稳定状态发生改变，需要对谐振腔进行调整适应，获得稳定频率的调Q激光。因此被动调Q激光器输出频率运转过程中采用常规方法，无法对调Q脉冲频率进行有效调节，从而限制了被动调Q激光器的广泛应用。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器。本专利技术提出一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器，所述被动调Q激光器包括：泵浦源1、聚焦耦合镜组2、全反镜3、偏振激光介质4、半波片5、偏振片6、被动调Q晶体7和输出镜8，其中：所述泵浦源1、聚焦耦合镜组2、全反镜3、偏振激光介质4、半波片5、偏振片6、被动调Q晶体7和输出镜8依次光学同轴排列；所述全反镜3和输出镜8组成谐振腔；所述泵浦源1产生的泵浦光首先经过所述聚焦耦合镜组2的汇聚，再经过所述全反镜3，最后被所述偏振激光介质4所吸收，使偏振激光介质粒子向激光上能级跃迁，形成粒子数反转，被动调Q激光器增益提高；当被动调Q激光器增益提高到第一预设阈值以上时，谐振腔内激光开始振荡，激光光束最后经所述输出镜8输出。可选地，所述偏振片6表面镀有P光高透膜和S光高反膜，在所述谐振腔中插入所述偏振片6以后，腔内只允许P偏振方向光在谐振腔内往返振荡。可选地，所述被动调Q晶体7是基于晶体可饱和吸收特性用于调Q获得脉冲激光的晶体。可选地，所述泵浦源1为直接输出的半导体激光器，波长对应于所述偏振激光介质4的吸收峰；所述聚焦耦合镜组2由两个正交放置的柱面镜和一个凸透镜组成，所述柱面镜一面为平面，另一面为凸面，且所述柱面镜的平面与泵浦源1相对。可选地，所述泵浦源1为光纤耦合输出的半导体激光器，波长对应于所述偏振激光介质4的吸收峰；所述聚焦耦合镜组2由两个平凸透镜组成，并且凸面相对。可选地，所述全反镜3为平面镜、凹面镜和凸面镜中的一种，朝向所述偏振激光介质4的一侧镀有激光高反膜。可选地，当所述偏振激光介质4热效应小于第一预设阈值时，所述全反镜3为平面镜；当所述偏振激光介质4热效应大于第二预设阈值时，所述全反镜3为凹面镜或者凸面镜，且其凹面或凸面朝向所述偏振激光介质4。可选地，所述偏振激光介质4为具有偏振性质的激光介质，且具有晶体光轴。可选地，所述半波片5为偏振器件，由单轴晶体制成，通光面平行于所述偏振激光介质4的光轴，通光方向垂直于所述偏振激光介质4的光轴。可选地，所述输出镜8是平凹镜或平凸镜，其凹面或凸面朝向所述偏振激光介质4，朝向所述偏振激光介质4的一侧镀有部分透过的激光反射膜。本专利技术提出的一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器通过旋转半波片来控制被动调Q激光器的增益，改变被动调Q激光器的脉冲频率大小，从而实现在不改变泵浦功率、不影响晶体的热效应及保持谐振腔稳定状态的条件下，即被动调Q激光器本身实现增益控制并获得稳定频率的调Q激光的技术效果。与现有技术相比，采用本专利技术的技术方案能够实现被动调Q激光器在运转过程中可以有效调节频率，不破坏脉冲序列稳定性，实现被动调Q激光器的广泛应用。附图说明图1是根据本专利技术一实施例的一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器的结构示意图；图2(a)是根据本专利技术一实施例的一种偏振合成激光增益控制的结构示意图；图2(b)是根据本专利技术一实施例的一种偏振激光介质偏振的分解示意图；图3是根据本专利技术一实施例的一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器的脉冲频率与θ的数值关系示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。图1是根据本专利技术一实施例的一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器的结构示意图，如图1所示，所述被动调Q激光器包括：泵浦源1、聚焦耦合镜组2、全反镜3、偏振激光介质4、半波片5、偏振片6、被动调Q晶体7和输出镜8，其中：所述泵浦源1、聚焦耦合镜组2、全反镜3、偏振激光介质4、半波片5、偏振片6、被动调Q晶体7和输出镜8依次光学同轴排列；所述全反镜3和输出镜8组成谐振腔。在本专利技术一实施方式中，所述偏振片6表面镀有P光高透膜和S光高反膜，在所述谐振腔中插入所述偏振片6以后，腔内只允许P偏振方向光在谐振腔内往返振荡。在本专利技术一实施方式中，所述被动调Q晶体7是基于晶体可饱和吸收特性用于调Q获得脉冲激光的晶体。所述泵浦源1产生的泵浦光首先经过所述聚焦耦合镜组2的汇聚，再经过所述全反镜3，最后被所述偏振激光介质4所吸收，使偏振激光介质粒子向激光上能级跃迁，形成粒子数反转，被动调Q激光器增益提高；当被动调Q激光器增益提高到第一预设阈值以上时，谐振腔内激光开始振荡，由于谐振腔内所述偏振片6具有P偏振高透S偏振高反的作用，P偏振光可以透过所述偏振片6，激光光束在谐振腔中往返振荡，而S偏振光直接被反射出谐振腔外，因此激光通过所述偏振片6后输出的是水平P偏振光，然后经所述输出镜8反射回的水平P偏振光首先依次经过所述被动调Q晶体7、偏振片6、半波片5、偏振激光介质4和反射镜3，然后经所述反射镜3反射回谐振腔内，再次依次经过所述偏振激光介质4、半波片5、偏振片6和被动调Q晶体7后，最后经所述输出镜8输出。所述第一预设阈值可以为2g0l＝L-lnR-2σgsn0ls，其中g0为被动调Q激光器小信号增益，l为所述偏振激光介质4的增益长度，L为被动调Q激光器固有损耗，R为所述输出镜8的反射率，σgs为所述被动调Q晶体7的基态吸收截面，n0为被所述动调Q晶体7的粒子密度，ls为所述被动调Q晶体7的厚度。随着腔内激光光束光强不断提高，由于所述被动调Q晶体7的透过率T是光强I的函数，具体表达式为：T＝exp[-a0ls/(1+I/Is)]，其中，a0为所述被动调Q晶体7的小信号吸收系数，ls为所述被动调Q晶体7的厚度，Is为被动调Q晶体7饱和光强，当腔内光束强度达到所述被动调Q晶体7饱和光强以后，所述被动调Q晶体7中的可饱和吸收体透过率提高，谐振腔损耗下降，增益与损耗的差值越大，腔内往返过程中光强逐步提高，因此激光只需在谐振腔内往返振荡有限次，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器，其特征在于，所述被动调Q激光器包括：泵浦源(1)、聚焦耦合镜组(2)、全反镜(3)、偏振激光介质(4)、半波片(5)、偏振片(6)、被动调Q晶体(7)和输出镜(8)，其中：所述泵浦源(1)、聚焦耦合镜组(2)、全反镜(3)、偏振激光介质(4)、半波片(5)、偏振片(6)、被动调Q晶体(7)和输出镜(8)依次光学同轴排列；所述全反镜(3)和输出镜(8)组成谐振腔；所述泵浦源(1)产生的泵浦光首先经过所述聚焦耦合镜组(2)的汇聚，再经过所述全反镜(3)，最后被所述偏振激光介质(4)所吸收，使偏振激光介质粒子向激光上能级跃迁，形成粒子数反转，被动调Q激光器增益提高；当被动调Q激光器增益提高到第一预设阈值以上时，谐振腔内激光开始振荡，激光光束最后经所述输出镜(8)输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振合成激光增益的被动调Q激光器，其特征在于，所述被动调Q激光器包括：泵浦源(1)、聚焦耦合镜组(2)、全反镜(3)、偏振激光介质(4)、半波片(5)、偏振片(6)、被动调Q晶体(7)和输出镜(8)，其中：所述泵浦源(1)、聚焦耦合镜组(2)、全反镜(3)、偏振激光介质(4)、半波片(5)、偏振片(6)、被动调Q晶体(7)和输出镜(8)依次光学同轴排列；所述全反镜(3)和输出镜(8)组成谐振腔；所述泵浦源(1)产生的泵浦光首先经过所述聚焦耦合镜组(2)的汇聚，再经过所述全反镜(3)，最后被所述偏振激光介质(4)所吸收，使偏振激光介质粒子向激光上能级跃迁，形成粒子数反转，被动调Q激光器增益提高；当被动调Q激光器增益提高到第一预设阈值以上时，谐振腔内激光开始振荡，激光光束最后经所述输出镜(8)输出。2.根据权利要求1所述的被动调Q激光器，其特征在于，所述偏振片(6)表面镀有P光高透膜和S光高反膜，在所述谐振腔中插入所述偏振片(6)以后，腔内只允许P偏振方向光在谐振腔内往返振荡。3.根据权利要求2所述的被动调Q激光器，其特征在于，所述被动调Q晶体(7)是基于晶体可饱和吸收特性用于调Q获得脉冲激光的晶体。4.根据权利要求3所述的被动调Q激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为直接输出的半导体激光器，波长对应于所述偏振激光介质(4)的吸收峰；所述聚焦耦合镜组(2)由两个正交放置的柱面镜和...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，于永吉，陈薪羽，吴春婷，董渊，李述涛，金光勇，王子健，金玉石，赵璐，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22