[發(fā)明專利]低電壓驅(qū)動電光晶體的激光器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310120087.1
• 申請日: 2013-04-09
• 公開（公告）號: CN103166102A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟俊清;楊海龍;馬秀華;陳衛(wèi)標(biāo)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
• 主分類號: H01S3/115
• 分類號: H01S3/115
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低電壓驅(qū)動電光晶體的激光器，同時還可以通過改變電光晶體的驅(qū)動電壓來控制激光器的偏振耦合輸出率。

背景技術(shù)

電光調(diào)Q開關(guān)是利用某些晶體的電光效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)激光諧振腔內(nèi)Q值的調(diào)節(jié)。電光調(diào)Q開關(guān)具有開關(guān)時間短，效率高，調(diào)Q時刻可以精確地控制，激光輸出脈沖寬度窄，峰值功率高等優(yōu)點(diǎn)，是目前廣泛應(yīng)用的一種調(diào)Q技術(shù)。

傳統(tǒng)的電光調(diào)Q激光器一般使用偏振片、電光晶體組合成Q開關(guān)。根據(jù)電光調(diào)Q的物理原理，一般需要給電光晶體加上半波電壓或者四分之一波電壓。如圖一所示，典型的縱向加壓應(yīng)用晶體的電光調(diào)Q激光器，增益介質(zhì)（1-2）在抽運(yùn)光抽運(yùn)后產(chǎn)生自發(fā)輻射，經(jīng)過偏振片（1-3）選擇后沿x方向的線偏振光將獲得正反饋形成激光振蕩。如果在晶體（1-4）上施加λ/4電壓，由于縱向電光效應(yīng)，當(dāng)沿x方向的線偏振光通過晶體（1-4）后，兩分量產(chǎn)生π/2的相位差，從晶體出射后合成為圓偏振光；經(jīng)全反射鏡（1-5）反射回來，再次通過晶體（1-4），又會產(chǎn)生π/2的相位差，往返一次總共產(chǎn)生π相位差，合成后得到沿y方向振動的線偏振光，與原先的偏振方向相互垂直，所以無法通過偏振片（1-3），此時腔內(nèi)的Q值很低，即Q開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，激光振蕩無法形成。當(dāng)瞬間撤去晶體（1-4）的電壓時，激光器立即處于高Q值狀態(tài)，腔內(nèi)積聚的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)迅速在透反鏡（1-1）和全反射鏡（1-5）之間建立振蕩，并由透反鏡（1-1）獲得巨脈沖激光輸出。如圖1所示，使用的晶體λ/4電壓典型值為到3600伏，而作為Q開關(guān)使用時驅(qū)動電源的電壓變化一般要求在30納秒以內(nèi)。這種快速開關(guān)的高電壓驅(qū)動電源實(shí)現(xiàn)成本和難度均比較大，特別是在開關(guān)頻率也較高時，如達(dá)到幾十甚至幾百千赫茲時，其電路的復(fù)雜度非常高。同時高壓脈沖容易產(chǎn)生電磁輻射，對周圍的電子元器件形成干擾，不利于激光器的應(yīng)用。并且高壓元器件的可靠性和穩(wěn)定性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同類的低電壓元器件，這也是嚴(yán)重影響激光器應(yīng)用的一個重要因素。采用橫向加壓的電光晶體，一般可以通過增大電光晶體的縱橫比，也就是晶體的電極間距離與晶體長度的比值，來獲得較低的電壓，最常用的如LiNO₃晶體。但采用增大縱橫比降低半波電壓的方法也有一些難以克服的缺點(diǎn)：首先，越大尺寸的晶體越難以生長，成本越高；其次，單一的減小電極間的距離，盡管可以獲得較低的半波電壓，但同時也限制了通光孔徑。LiNO₃晶體常用的尺寸為9×9×25mm，其λ/4電壓也達(dá)到了3200V。此外，LiNO₃晶體的損傷閾值也較低，僅300MW/cm²左右，難以用于大功率激光器。而其他類型的電光晶體，其半波電壓遠(yuǎn)高于相同尺寸的，LiNO₃晶體。

此外，圖一所示的激光器耦合輸出率由透反鏡（1-1）的透過率來決定的，其耦合輸出率一般只能是固定值，要改變耦合輸出率就必須更換不同透過率的透反鏡，無法做到在不更換激光器諧振腔元件的前提下調(diào)整耦合輸出率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述難以克服的缺點(diǎn)，提供一種低電壓驅(qū)動電光晶體的激光器，特點(diǎn)是利用腔內(nèi)偏振態(tài)的改變直接進(jìn)行Q值的調(diào)制，不需要通過改變晶體的尺寸來降低驅(qū)動電壓，而且對于一般的電光晶體，包括縱向加壓和橫向加壓都適用。而且，在不更換諧振腔內(nèi)元件的前提下，還可以通過改變電光晶體的驅(qū)動電壓來改變激光器的耦合輸出率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種低電壓驅(qū)動電光晶體激光器，特點(diǎn)在于其構(gòu)成包括依次的同光軸的第一腔鏡、增益介質(zhì)、偏振片、電光晶體、波片、第二腔鏡和電光晶體的驅(qū)動電源，所述的第一腔鏡、增益介質(zhì)、偏振片、電光晶體、波片、第二腔鏡組成激光諧振腔，所述的偏振片與光軸成一定角度，所述的電光晶體的兩端與所述的可調(diào)的驅(qū)動電源相連。

所述的第一腔鏡和第二腔鏡為全反射鏡、Porro棱鏡、或全反射鏡與Porro棱鏡的組合。

腔內(nèi)激光依次經(jīng)過偏振片、施加電壓的電光晶體和波片后，由第二腔鏡反射再次通過波片和電光晶體，利用加壓的電光晶體對激光的偏振態(tài)改變，再通過偏振片形成激光的偏振耦合輸出