一种重频2倍于电光调Q频率的激光输出方法及激光器技术

本发明专利技术公开了一种重复频率2倍于电光调Q频率的激光输出方法及激光器，该激光器包括：激光输出镜、电光调Q晶体、45°反射镜、第一起偏器、第一抛物面镜、第一激光全反射镜、第一耦合透镜组、第一光纤、第一泵浦源、第一激光增益介质、第二抛物面镜、四分之一波片、第三抛物面镜、第二激光全反射镜、第二耦合透镜组、第二光纤、第二泵浦源、第二激光增益介质、第四抛物面镜和第二起偏器，周期性对电光调Q晶体进行加压和退压，所述激光器输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光。本发明专利技术采用交替泵浦双激光增益介质以及退压调Q与升压调Q相结合的方式，来实现激光输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光输出。

A laser output method and laser with frequency twice that of electro-optic Q-switch

【技术实现步骤摘要】
一种重频2倍于电光调Q频率的激光输出方法及激光器
本专利技术涉及固体激光器领域，特别是一种重复频率2倍于电光调Q频率的激光输出方法及激光器。
技术介绍
激光二极管(LD)端面抽运的全固态调Q激光器具有较窄的脉冲宽度、较高的峰值功率、较好的光束质量和较高的转换效率，伴随着LD制备工艺及其抽运技术的日趋完善，近年来得到了迅速的发展，在军事国防、激光通信、激光微精细加工等领域得到了十分重要的应用。目前获得高重复频率、窄脉冲调Q激光的方式通常采用被动调Q或主动调Q技术，其中主动调Q技术具有脉冲重复频率可控、单脉冲能量大、峰值功率高等特点而被广泛使用。常用的主动调Q技术包括声光调Q技术和电光调Q技术，与声光调Q技术相比，电光调Q技术具有开关速度快、脉冲宽度窄等优点，可以实现重复频率从几赫兹到几十千赫兹、脉冲宽度从亚纳秒到纳秒量级的脉冲输出。目前比较常用的电光调Q方案如图1所示(《Solid-StateLaserEngineering》，SixthRevisedandUpdatedEdition，WalterKoechner，P500)，图1中，101为激光谐振腔的全反射镜，102为电光调Q晶体，103为起偏器，104为激光晶体棒，105为激光谐振腔输出镜。在已知技术中，存在以下三方面不足：一，每对电光调Q晶体施加一次调Q信号，只能获得一个调Q激光脉冲输出，也就是说施加在电光晶体上的驱动信号频率和激光脉冲的输出频率是相等的，已知技术无法在较低的调Q频率下获得高重频激光输出；二，目前的电光调Q频率受到电光晶体的自身特性的限制，其最高调Q频率在200kHz左右，因此已知技术的激光重频上限为200kHz左右，无法获得大于200kHz的电光调Q输出；三，若在大注入高重频条件下运转时，由于采用单一增益介质工作，自身热负担过重，会带来很严重的热透镜效应，从而既降低了光束质量，又限制了单脉冲输出能量的提高。因此，现有的技术方案无法突破脉冲激光的重复频率和单脉冲能量相互制约的事实。
技术实现思路
为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种激光输出重复频率2倍于电光调Q频率的激光输出方法及激光器，其采用交替泵浦双激光增益介质以及退压调Q与升压调Q相结合的方式，来实现激光输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光输出。根据本专利技术的一方面，提出一种激光输出重复频率为2倍于电光调Q频率的激光器，所述激光器包括：激光输出镜、电光调Q晶体、45°反射镜、第一起偏器、第一抛物面镜、第一激光全反射镜、第一耦合透镜组、第一光纤、第一泵浦源、第一激光增益介质、第二抛物面镜、四分之一波片、第三抛物面镜、第二激光全反射镜、第二耦合透镜组、第二光纤、第二泵浦源、第二激光增益介质、第四抛物面镜和第二起偏器，其中：所述第一泵浦源发出的泵浦光经过第一耦合透镜组耦合到第二抛物面镜后，被反射到第一激光增益介质上，从而泵浦第一激光增益介质；所述第二泵浦源发出的泵浦光经过第二耦合透镜组耦合到第四抛物面镜后，反射到第二激光增益介质上，从而泵浦第二激光增益介质；所述第一激光增益介质、第一激光全反射镜、第一抛物面镜、第一起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜构成第一路激光谐振腔；所述第二激光增益介质、第二激光全反射镜、第三抛物面镜、第二起偏器、四分之一波片、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜构成第二路激光谐振腔；当电光调Q晶体加压时，所述激光器输出第二路调Q激光，当电光调Q晶体退压时，所述激光器输出第一路调Q激光，周期性对电光调Q晶体进行加压和退压，所述激光器输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光。可选地，所述第一抛物面镜和第二抛物面镜平行放置于激光输出光路的两侧且抛物面一侧朝向相同，所述第一激光增益介质置于靠近第一抛物面镜和第二抛物面镜的抛物面一侧。可选地，所述第一耦合透镜组、第一光纤和第一泵浦源依次置于第二抛物面镜靠近抛物面一侧；所述第一激光全反射镜置于第一抛物面镜靠近抛物面的一侧；所述第一起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜依次置于所述第一抛物面镜和第二抛物面镜远离第一激光增益介质的一侧。可选地，所述第三抛物面镜和第四抛物面镜垂直于激光输出光路平行放置且抛物面一侧朝向相同，所述第二激光增益介质置于靠近第三抛物面镜和第四抛物面镜抛物面一侧。可选地，所述第二耦合透镜组、第二光纤和第二泵浦源依次置于第四抛物面镜靠近抛物面一侧；所述第二激光全反射镜置于第三抛物面镜靠近抛物面的一侧；所述第二起偏器和四分之一波片依次置于第三抛物面镜和第四抛物面镜远离第二激光增益介质的一侧。可选地，所述第一泵浦源和第二泵浦源均为半导体泵浦源。可选地，所述激光器还包括调Q驱动模块，所述调Q驱动模块与所述电光调Q晶体连接，用于对电光调Q晶体施加调Q驱动信号。可选地，所述调Q驱动信号为高压方波信号。可选地，所述激光器还包括第一热沉和第二热沉，所述第一热沉置于第一激光增益介质的一侧，所述第二热沉置于第二激光增益介质的一侧，用于控制激光器的工作温度。根据本专利技术的另一方面，提出一种重复频率2倍于电光调Q频率的激光输出方法，应用于如上所述的激光器中，所述方法包括：为第一路激光谐振腔和第二路激光谐振腔提供脉冲泵浦光；对电光调Q晶体施加四分之一波长电压，第一路激光谐振腔处于高损耗状态，第一激光增益介质处于粒子数反转状态，第二路激光谐振腔处于低损耗状态，输出第二路调Q激光；对电光调Q晶体退去四分之一波长电压，第二路激光谐振腔处于高损耗状态，第一路激光谐振腔处于低损耗状态，第一激光增益介质内的上能级反转粒子数发生雪崩式跃迁，输出第一路调Q激光；周期性重复电光调Q晶体加压和退压状态，得到重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光输出。本专利技术使用加压式电光调Q与退压式电光调Q相结合以实现激光输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光输出，使得在对电光调Q开关施加一次方波驱动信号的情况下，就能获得2个调Q脉冲激光输出，即激光的输出频率为电光Q开关驱动频率的2倍，在目前电光调Q开关重频为200kHz上限的情况下，能够获得400kHz的超高重频输出。另外，由于本专利技术采用了双增益介质交替泵浦的方式，使得激光重频的翻倍为两路输出频率的叠加，即当其中一个激光增益介质工作时另一个激光增益介质处于间歇散热状态，因此单个增益介质的热负担并没有加重，还可以继续维持原来的输出水平，从而突破了脉冲激光的重复频率和单脉冲能量相互制约关系，进而为高功率、高重频激光的获得提供一种有效途径。附图说明图1是现有技术中电光调Q输出激光器的结构示意图；图2是根据本专利技术一实施例的一种重频2倍于电光调Q频率的激光器的结构示意图；图3是根据本专利技术一实施例的各驱动信号的时序图；图4是根据本专利技术一实施例的一种重频2倍于电光调Q频率的激光器的脉冲序列示意图；图5是根据本专利技术一实施例的重频2倍于电光调Q频率的激光输出方法的流程图。具体实施方式为使本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重频2倍于电光调Q频率的激光器，其特征在于，所述激光器包括：激光输出镜、电光调Q晶体、45°反射镜、第一起偏器、第一抛物面镜、第一激光全反射镜、第一耦合透镜组、第一光纤、第一泵浦源、第一激光增益介质、第二抛物面镜、四分之一波片、第三抛物面镜、第二激光全反射镜、第二耦合透镜组、第二光纤、第二泵浦源、第二激光增益介质、第四抛物面镜和第二起偏器，其中：/n所述第一泵浦源发出的泵浦光经过第一耦合透镜组耦合到第二抛物面镜后，被反射到第一激光增益介质上，从而泵浦第一激光增益介质；/n所述第二泵浦源发出的泵浦光经过第二耦合透镜组耦合到第四抛物面镜后，反射到第二激光增益介质上，从而泵浦第二激光增益介质；/n所述第一激光增益介质、第一激光全反射镜、第一抛物面镜、第一起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜构成第一路激光谐振腔；/n所述第二激光增益介质、第二激光全反射镜、第三抛物面镜、第二起偏器、四分之一波片、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜构成第二路激光谐振腔；/n当电光调Q晶体加压时，所述激光器输出第二路调Q激光，当电光调Q晶体退压时，所述激光器输出第一路调Q激光，周期性对电光调Q晶体进行加压和退压，所述激光器输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光。/n...

【技术特征摘要】
1.一种重频2倍于电光调Q频率的激光器，其特征在于，所述激光器包括：激光输出镜、电光调Q晶体、45°反射镜、第一起偏器、第一抛物面镜、第一激光全反射镜、第一耦合透镜组、第一光纤、第一泵浦源、第一激光增益介质、第二抛物面镜、四分之一波片、第三抛物面镜、第二激光全反射镜、第二耦合透镜组、第二光纤、第二泵浦源、第二激光增益介质、第四抛物面镜和第二起偏器，其中：
所述第一泵浦源发出的泵浦光经过第一耦合透镜组耦合到第二抛物面镜后，被反射到第一激光增益介质上，从而泵浦第一激光增益介质；
所述第二泵浦源发出的泵浦光经过第二耦合透镜组耦合到第四抛物面镜后，反射到第二激光增益介质上，从而泵浦第二激光增益介质；
所述第一激光增益介质、第一激光全反射镜、第一抛物面镜、第一起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜构成第一路激光谐振腔；
所述第二激光增益介质、第二激光全反射镜、第三抛物面镜、第二起偏器、四分之一波片、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜构成第二路激光谐振腔；
当电光调Q晶体加压时，所述激光器输出第二路调Q激光，当电光调Q晶体退压时，所述激光器输出第一路调Q激光，周期性对电光调Q晶体进行加压和退压，所述激光器输出重复频率2倍于电光调Q频率的脉冲激光。


2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一抛物面镜和第二抛物面镜平行放置于激光输出光路的两侧且抛物面一侧朝向相同，所述第一激光增益介质置于靠近第一抛物面镜和第二抛物面镜的抛物面一侧。


3.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于，所述第一耦合透镜组、第一光纤和第一泵浦源依次置于第二抛物面镜靠近抛物面一侧；所述第一激光全反射镜置于第一抛物面镜靠近抛物面的一侧；所述第一起偏器、45°反射镜、电光调Q晶体和激光输出镜依次置于所述第一抛物面镜和第二抛物面镜远离第一激光增益介质的一侧。


4.根据权利要求1所述的激光器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：金光勇，戴卫成，董渊，于永吉，李述涛，
申请(专利权)人：长春理工大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22