[实用新型]一种脉宽可变的电光调Q固体激光器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种固体激光器，尤其是一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q固体激光器。 

背景技术

20世纪80年代后期，随着晶体材料和激光二极管技术的重大突破，固体激光器得到迅速的发展，其应用领域不断地扩展。激光二极管(LD)泵浦的全固态激光器具有体积小，转换效率高，光束质量好，稳定性高，寿命长等优点，广泛应用于激光材料加工，激光医疗，军事对抗，海下探测，激光显示等领域。 

调Q是压缩输出脉宽，提高输出激光的峰值功率，输出不同重复频率激光脉冲的主要手段。现有技术中主要有电光调Q，被动调Q和声光调Q等调Q方式。其中被动调Q稳定性较低，且输出单脉冲能量较低，无法精确控制激光输出脉宽。声光调Q虽然重复频率较高，但开关速度慢，输出脉宽较宽，一般均超过100ns，峰值功率只能达到几十个KW甚至十几个KW，无法满足激光加工，和低脉宽应用的需要，且无法精确的压缩脉宽。电光调Q重复频率高，能够达到1000HZ，性能稳定，开关速度快，能够实现30ns左右的窄脉宽激光脉冲输出，峰值功率达到100KW以上。因此电光调Q是输出窄脉宽常用的调Q方式。但一般的电光调Q激光输出的脉宽在30ns左右。而在激光探测和激光显示中，激光脉冲脉宽越低显示精度越高。20ns以下的激光脉冲将提高激光探测和激光显示的精度。市场急需获得一种激光输出脉宽可变，且进一步压缩激光输出脉宽，实现低于30ns，甚至几个ns的固体激光器。因此如何实现激光输出脉宽可调，压缩激光输出脉宽成为急需解决的问题。 

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q固体激光器。该固体激光器脉宽可以从2.5ns到基本脉宽(如用LD侧泵模块，基本脉宽大概为30ns)，输出脉冲时间脉宽稳定，平滑，光束质量好。 

本发明的技术方案为：一种高重复频率，脉宽可变的电光调Q固体激光器，其特征在于：由输出镜、激光介质和全反镜构成激光谐振腔，沿着所述激光谐振腔的光轴，在所述激光介质和所述全反镜之间依次放置偏振片和电光调Q晶体；脉冲宽度可调的高频Q开关电源连接 所述电光调Q晶体以提供高压脉冲驱动信号。 

本发明的激光器工作原理如下：采用光泵浦的方式将能量存储在激光介质(例如Nd:YAG晶体)中，降低谐振腔内的Q值即增加腔内损耗，从而阻止激光振荡的发生。当激光上能级反转粒子数大量累积到最佳值时，突然恢复到高Q值，这样储能就以非常短的光脉冲释放出来。其中释放时间即激光脉冲宽度、单脉冲能量在无外界干扰因素影响下通常只与谐振腔长、腔内储能强度、打开关断谐振腔的时间、腔内损耗等有关。本激光器在巨脉冲形成过程中，通过人为因素调节腔内损耗，从而达到改变巨脉冲激光脉宽的目的。腔内损耗的调节是通过调节高压脉冲驱动信号脉宽的方式，即采用快速关断电光调Q晶体高压的方式提高腔内损耗，提前截止激光振荡，达到削波降低输出脉宽的目的。具体的来说：由输出镜、激光介质和全反镜构成激光谐振腔，偏振片作为起偏器给电光调Q晶体提供偏振光，脉冲宽度可调的高频Q开关电源连接所述电光调Q晶体提供高压脉冲驱动信号，通过调节高压脉冲驱动信号脉冲宽度，截止激光振荡，调整输出脉冲脉宽，并压缩激光输出脉冲脉宽。 

泵浦光源侧面泵浦所述激光介质。该泵浦光源为脉冲宽度可调、准连续泵浦光源。所述泵浦光源输出的单脉冲脉宽可调，这样可提高单脉冲泵浦峰值功率，降低热效应，从而优化谐振腔输出光束质量。 

在所述激光介质和所述全反镜之间还有λ/4波片。所述λ/4波片包括第一λ/4波片和第二λ/4波片；所述第一λ/4波片位于所述偏振片和所述电光调Q晶体之间；所述第二λ/4波片位于所述电光调Q晶体和所述全反镜之间。 

所述激光介质为掺钕钇铝石榴石晶体(Nd:YAG)，或掺钕钒酸钇晶体(Nd:YVO₄)。 

所述偏振片与所述光轴成布儒斯特角。 

所述电光调Q晶体为磷酸二氢钾(KDP)或者磷酸二氘钾(KD*P)。 

本实用新型的有益效果是： 

1、采用脉宽可调的高频Q开关电源输出脉宽可调的高压脉冲驱动信号来控制电光调Q晶体的开启和关闭，激光脉冲输出脉宽精确可控，可压窄激光输出脉宽。且高压脉冲驱动信号小于3ns的上升沿和/或下降沿有效保证了调Q开通关断时间，从而在开通和关断时达到最佳运行效果。例如在LD侧面泵浦模块中，如果定义普通的高压脉冲驱动信号所输出的激光脉宽为基本脉宽，该基本脉宽约为30ns；使用脉宽可调的高频Q开关电源输出高压脉冲驱动信号，输出脉宽最低可以被压缩至2.5ns。