[實(shí)用新型]一種受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200820124204.6
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN201303204Y
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王智勇;劉江;葉征宇;曹銀花;劉學(xué)勝
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11;H01S3/121
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)裝置，屬于激光光電子技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

受抑全內(nèi)反射(Frustrated?total?internal?reflection，簡稱FTIR)調(diào)制方式，它的基本原理如圖1所示，當(dāng)光線由折射率為n₁的光密介質(zhì)1進(jìn)入折射率為n₂(n₁＞n₂)的光疏介質(zhì)2時(shí)，在入射角大于臨界角時(shí)將發(fā)生全反射。在此條件下，雖然入射波完全反射，但是此時(shí)存在一種特殊的透射波場，它穿過反射表面而進(jìn)入第二介質(zhì)中，這就是表面波或倏逝波。由于在光疏介質(zhì)，倏逝波按指數(shù)規(guī)律急劇衰減，其穿透深度極小，按習(xí)慣取其振幅減小到交界面處振幅的1/e時(shí)，定義其有效穿透深度為z_e，有效穿透深度z_e為波長數(shù)量級。當(dāng)介質(zhì)2的厚度d小于倏逝波的有效穿透深度z_e時(shí)，且其后是折射率為n₁的第三介質(zhì)，則此時(shí)“全內(nèi)反射”將受到抑制，光波有一部分將通過介質(zhì)2而進(jìn)入介質(zhì)三，這種現(xiàn)象即是“受抑全內(nèi)反射”。

通常受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)由一對45°底角的等腰梯形石英棱鏡組成(分別為全反棱鏡和抑制棱鏡)，抑制棱鏡的背面貼有壓電換能器，壓電換能器精確控制抑制棱鏡與全反棱鏡之間的空氣隙厚度d，當(dāng)激光束垂直進(jìn)入全反棱鏡后，由于光線在全反棱鏡斜面入射角為45°大于石英棱鏡的臨界角arcsin1/n(n＝1.45為石英的折射率)，此時(shí)光線將在全反棱鏡斜面發(fā)生全反射。在壓電換能器的驅(qū)動下，當(dāng)全反棱鏡和抑制棱鏡之間的空氣隙厚度d小于激光波長λ時(shí)，此時(shí)全反射將受到抑制，入射光線將穿過全反棱鏡和抑制棱鏡之間的空氣隙而進(jìn)入抑制棱鏡；當(dāng)兩棱鏡間的空氣隙厚度d小于激光波長λ的1/10或更小時(shí)，全反射將完全被抑制入射光線將全部進(jìn)入抑制棱鏡而從另一面輸出。此時(shí)激光諧振腔內(nèi)損耗大，Q值低，振蕩閾值高而不能起振，從而激光上能級的粒子數(shù)不斷積累，如圖2所示。當(dāng)全反棱鏡和抑制棱鏡之間的空氣隙厚度d恢復(fù)到激光波長λ時(shí)，光線恢復(fù)全反射，此時(shí)激光諧振腔內(nèi)損耗小，Q值高，激光上能級積累的反轉(zhuǎn)粒子迅速躍遷激光振蕩輸出，如圖3所示。

但是這種結(jié)構(gòu)的受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)存在兩方面的問題，一是當(dāng)全反射完全被抑制時(shí)，受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)中全反棱鏡和抑制棱鏡之間的空氣隙厚度d太小，兩棱鏡之間幾乎成真空狀態(tài)，因此將在兩表面間產(chǎn)生光膠現(xiàn)象。當(dāng)兩棱鏡間空氣隙厚度d再次增大時(shí)，壓電換能器需克服光膠帶來的巨大阻力，導(dǎo)致受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)不能快速打開。二是受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)中抑制棱鏡質(zhì)量太大，在壓電換能器的驅(qū)動下，抑制棱鏡不能快速運(yùn)動，導(dǎo)致受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)時(shí)間太長。受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)現(xiàn)有的缺點(diǎn)制約了其作為激光Q開關(guān)的廣泛應(yīng)用，特別是在短波長激光調(diào)Q中的應(yīng)用。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型針對目前受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)存在的缺點(diǎn)，通過用長方形玻璃片和分光玻璃體代替45°底角的等腰梯形抑制棱鏡，很好的解決了：a)受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)中全反棱鏡和抑制棱鏡兩表面間的光膠問題；b)受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)中抑制棱鏡質(zhì)量太大導(dǎo)致的開關(guān)速度太慢問題；c)受抑全內(nèi)反射激光Q開關(guān)不適合作為短波長激光Q開關(guān)的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。本裝置包括45°底角的等腰梯形全反棱鏡、彈簧、長方形玻璃片、圓柱形的分光玻璃體、支撐架、換能器、調(diào)節(jié)螺釘和固定外框。其中：換能器的一端通過調(diào)節(jié)螺釘與固定外框相連，另一端通過支撐架與長方形玻璃片固定連接，固定外框與等腰梯形全反棱鏡的斜面固定連接。分光玻璃體的一個端面與長方形玻璃片的中央緊密粘結(jié)，長方形玻璃片的上表面與等腰梯形全反棱鏡的斜面平行并且二者之間的初始距離為垂直入射到等腰梯形全反棱鏡上的入射激光束波長的n倍(0.5≤n≤10)。在等腰梯形全反棱鏡與長方形玻璃片的兩端處相對應(yīng)的位置設(shè)置有彈簧。在分光玻璃體的下部設(shè)置有底面與分光玻璃體的底面相等的空心圓錐，分光玻璃體的圓柱直徑大于入射激光束光斑直徑的倍。當(dāng)長方形玻璃片的上表面與等腰梯形全反棱鏡的斜面相接觸時(shí)，接觸面積大于入射激光束在長方形玻璃片的上表面上的光斑大小。

所述的入射激光束的波長λ的范圍為：100nm≤λ≤10000nm。

所述的等腰梯形全反棱鏡的底角為45°，折射率大于

所述的彈簧能夠用其他彈性部件代替。

所述的換能器為壓電陶瓷換能器或超磁致伸縮換能器。