[发明专利]一种产生亚纳秒脉冲激光的方法

说明书

本发明公开了一种产生亚纳秒脉冲激光的方法。该方法应用于加压式电光调Q激光器。该方法包括：通过Q开关驱动模块对电光调Q激光器中的普克尔盒施加峰值电压大于其四分之一波电压的方波驱动信号。在驱动信号从0增加至峰值电压的时间内，电光Q开关从关闭状态变为打开状态，再变为部分打开状态。Q开关处于关闭状态时，激光增益介质吸收泵浦光实现粒子数反转和累积；Q开关处于部分打开状态时，内腔激光在谐振腔内往返振荡，分别通过输出耦合镜和偏振器输出脉冲激光。腔内振荡激光在极短时间内耗尽，使得输出激光的脉冲宽度得到压缩，实现亚纳秒脉冲激光输出。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别是涉及一种产生亚纳秒脉冲激光的方法。

背景技术

加压式电光调Q脉冲激光器一般由增益介质5、输入镜4、输出镜9、普克尔盒7、四分之一波片8、偏振器6和泵浦源1构成，基本结构如图1所示。四分之一波片8的主轴与偏振器6的透振方向呈45度夹角，普克尔盒7和四分之一波片8构成电光Q开关并用于控制谐振腔内光束的偏振方向。当电光Q开关驱动源3向电光Q开关中的普克尔盒施加的电压为0时，内腔光束双次穿过Q开关后的偏振方向旋转角度为90°，谐振腔处于高损耗状态，激光增益介质吸收泵浦光，产生并积累反转粒子数；当反转粒子数积累到最大值时，通常采用峰值电压等于普克尔盒四分之一波电压的方波信号打开电光Q开关，获得纳秒量级的巨脉冲激光输出。为获得窄的激光脉冲宽度，Q开关的方波驱动信号需要同时具有短的上升沿时间和窄的高电平持续时间。而实际工作中，在保证短的上升沿时间的情况下，Q开关驱动源总要有一定的高电平持续时间，使得部分激光光子在谐振腔内往返振荡，导致激光脉冲的下降沿时间延长、激光脉冲宽度展宽。

为压窄激光脉冲宽度，通常采用以下技术：缩短谐振腔长、增大输出耦合镜透射率、主被动双调Q等等。由于谐振腔的长度受增益介质和腔内元件的尺寸限制，采用短的谐振腔长的方法很难在高重频条件下实现亚纳秒高能量激光输出。采用增大输出镜透射率的方法，虽然可以通过提高泵浦功率来压窄激光脉宽，但存在阈值较高、激光晶体易热破裂、激光脉冲的上升沿展宽等问题。主被动双调Q的方法需要引入额外的插入元件，导致谐振腔长增加，同样较难实现亚纳秒的激光输出。

发明内容

本发明的目的是提供一种产生亚纳秒脉冲激光的方法。本方法可以在常规谐振腔长，且不插入其他元件的条件下，缩短激光脉冲的下降沿时间，实现亚纳秒脉冲激光输出。

为实现上述目的，本发明提供如下方案：

一种产生亚纳秒脉冲激光的方法，所述方法应用于加压式电光调Q激光器，所述方法包括：

电光调Q激光器中的激光增益介质吸收泵浦光，产生并积累反转粒子数；当所述反转粒子数积累到最大值时，生成控制信号，并将所述控制信号发送给Q开关驱动模块；

所述Q开关驱动模块由所述控制信号触发，对电光Q开关中的普克尔盒施加驱动信号；电光Q开关由四分之一波片和普克尔盒组成；所述驱动信号为峰值电压大于普克尔盒四分之一波电压的方波信号；

所述电光Q开关中的普克尔盒在所述驱动信号的作用下折射率发生变化，使得谐振腔内由偏振器起偏的光束在穿过电光Q开关后偏振方向发生旋转；在所述驱动信号从0增加至峰值电压的上升时间内，电光Q开关从关闭状态变为打开状态，再变为部分打开状态；Q开关处于关闭状态时，激光增益介质吸收泵浦光实现粒子数反转和累积；Q开关处于部分打开状态时，内腔激光在谐振腔内往返振荡，分别通过输出耦合镜和偏振器输出脉冲激光。

可选的，所述驱动信号的峰值电压通过理论模拟或实验优化获得最优值，使所述电光调Q激光器输出激光的脉冲宽度最短；通过将激光器的参数代入激光器速率方程进行理论求解，得出驱动信号的峰值电压与输出激光脉冲宽度之间的对应关系，筛选出最优峰值电压。