[實用新型]一種受抑全內反射激光Q開關裝置

無效

• 申請號: 200820124204.6
• 申請日: 2008-11-28
• 公開（公告）號: CN201303204Y
• 公開（公告）日: 2009-09-02
• 發明（設計）人: 王智勇;劉江;葉征宇;曹銀花;劉學勝
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11;H01S3/121
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術領域

本實用新型涉及一種受抑全內反射激光Q開關裝置，屬于激光光電子技術及其應用領域。

背景技術

受抑全內反射(Frustrated?total?internal?reflection，簡稱FTIR)調制方式，它的基本原理如圖1所示，當光線由折射率為n₁的光密介質1進入折射率為n₂(n₁＞n₂)的光疏介質2時，在入射角大于臨界角時將發生全反射。在此條件下，雖然入射波完全反射，但是此時存在一種特殊的透射波場，它穿過反射表面而進入第二介質中，這就是表面波或倏逝波。由于在光疏介質，倏逝波按指數規律急劇衰減，其穿透深度極小，按習慣取其振幅減小到交界面處振幅的1/e時，定義其有效穿透深度為z_e，有效穿透深度z_e為波長數量級。當介質2的厚度d小于倏逝波的有效穿透深度z_e時，且其后是折射率為n₁的第三介質，則此時“全內反射”將受到抑制，光波有一部分將通過介質2而進入介質三，這種現象即是“受抑全內反射”。

通常受抑全內反射激光Q開關由一對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，當激光束垂直進入全反棱鏡后，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)，此時光線將在全反棱鏡斜面發生全反射。在壓電換能器的驅動下，當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，此時全反射將受到抑制，入射光線將穿過全反棱鏡和抑制棱鏡之間的空氣隙而進入抑制棱鏡；當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，全反射將完全被抑制入射光線將全部進入抑制棱鏡而從另一面輸出。此時激光諧振腔內損耗大，Q值低，振蕩閾值高而不能起振，從而激光上能級的粒子數不斷積累，如圖2所示。當全反棱鏡和抑制棱鏡之間的空氣隙厚度d恢復到激光波長λ時，光線恢復全反射，此時激光諧振腔內損耗小，Q值高，激光上能級積累的反轉粒子迅速躍遷激光振蕩輸出，如圖3所示。

但是這種結構的受抑全內反射激光Q開關存在兩方面的問題，一是當全反射完全被抑制時，受抑全內反射激光Q開關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，因此將在兩表面間產生光膠現象。當兩棱鏡間空氣隙厚度d再次增大時，壓電換能器需克服光膠帶來的巨大阻力，導致受抑全內反射激光Q開關不能快速打開。二是受抑全內反射激光Q開關中抑制棱鏡質量太大，在壓電換能器的驅動下，抑制棱鏡不能快速運動，導致受抑全內反射激光Q開關時間太長。受抑全內反射激光Q開關現有的缺點制約了其作為激光Q開關的廣泛應用，特別是在短波長激光調Q中的應用。

實用新型內容

本實用新型針對目前受抑全內反射激光Q開關存在的缺點，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)受抑全內反射激光Q開關中全反棱鏡和抑制棱鏡兩表面間的光膠問題；b)受抑全內反射激光Q開關中抑制棱鏡質量太大導致的開關速度太慢問題；c)受抑全內反射激光Q開關不適合作為短波長激光Q開關的問題。

為了實現上述目的，本實用新型采取了如下技術方案。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、調節螺釘和固定外框。其中：換能器的一端通過調節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，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的位置設置有彈簧。在分光玻璃體的下部設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，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。