[發明專利]聲光調制的腔倒空CO2激光器

無效

• 申請號: 201310529143.7
• 申請日: 2013-10-31
• 公開（公告）號: CN103594916A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 李殿軍;陳飛;郭勁;鄭長彬;謝冀江;楊貴龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: H01S3/117
• 分類號: H01S3/117
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及一種基于腔內聲光調制的腔倒空的高重復頻率、窄脈沖寬度遠紅外CO₂激光器，屬于激光技術領域。

背景技術

小型高重復頻率、窄脈沖寬度CO₂激光器在激光加工、激光雷達、環境探測、激光醫療以及激光與物質相互作用等領域均具有廣泛的應用需求。目前中小型CO₂激光器實現脈沖輸出的方法主要有諧振腔內電光調Q、機械調Q和聲光調Q。電光調Q通常采用CdTe晶體作為開關器件，脈沖頻率可達到100kHz，脈沖寬度可壓縮至百ns量級，但由于電光調Q需要用到高電壓，結構較為復雜，不利于實現激光的編碼輸出，且CdTe晶體損傷閾值較低、價格非常昂貴；機械調Q通常是利用插入諧振腔內高速旋轉的斬波器或轉鏡實現的，此方法的優點是結構簡單、成本低，但由于受到斬波器轉速的限制難以實現高重復頻率輸出，且無法進行激光脈沖的編碼控制；聲光調Q通常采用Ge晶體作為開關器件，通過改變聲光介質中周期性交變的超聲場所引起的衍射損耗而進行調Q，該方法結構簡單、穩定可靠，且Ge晶體損傷閾值高。但腔內聲光調Q激光脈沖寬度通常在數百ns量級，且振蕩激光光束直徑越大，激光束在聲光介質內的渡越時間增長也會影響到輸出激光脈沖寬度的壓縮，且在較高激光增益下，聲光調Q會出現無法實現激光的有效關斷的現象。

發明內容

本發明為了解決現有技術存在聲光調Q激光脈沖寬度寬，且在較高激光增益下，聲光調Q會出現無法實現激光的有效關斷的問題，提供一種具有高重復頻率、窄脈沖寬度的聲光調制的腔倒空CO₂激光器。

本發明的具體技術方案是：

技術方案一：聲光調制的腔倒空CO₂激光器，從左到右依次同軸設置凹面全反鏡、激光管、聲光調制器和平面全反鏡，信號發生器與聲光調制器連接；

凹面全反鏡和平面全反鏡組成激光振蕩腔；激光管通過放電產生激光增益；聲光調制器插入激光振蕩腔內，采用布拉格衍射垂直入射方式；信號發生器與聲光調制器相連，用于精確控制聲光調制器的工作狀態，從而控制振蕩激光束在腔內往返振蕩情況；振蕩激光束在腔內往返振蕩，由聲光調制器的一級衍射將振蕩激光束衍射至腔外，作為激光輸出。

所述激光管內充入比例為1：3：8：30的Xe氣、CO₂氣體、He氣和H₂氣，總氣壓30托。

技術方案二：在技術方案一的裝置中將諧振腔中平面全反射鏡替換為平面反射式光柵。

技術方案三：激光振蕩腔由凹面全反鏡、第二凹面全反鏡和第三凹面全反鏡組成V型折疊腔的結構；激光管位于凹面全反鏡與第二凹面全反鏡之間，聲光調制器位于第二凹面全反鏡和第三凹面全反鏡之間振蕩激光的束腰處；信號發生器與聲光調制器相連；由聲光調制器衍射產生的激光束依次經第三凹面全反鏡、第二凹面全反鏡和平面反射鏡的反射后輸出激光腔。

本發明的有益效果是：本發明三種技術方案均采用聲光調制腔倒空方式，在實現CO₂激光編碼控制輸出的同時，在高重復頻率運轉下可以大大壓縮輸出CO₂激光的脈沖寬度，通常在數十ns；對于第二種方案，諧振腔中平面全反射鏡替換為平面反射式光柵，通過對光柵的調節，利用其選支特性可實現對輸出CO₂激光的波長選擇及可調諧；對于第三種技術方案采用V型折疊腔的結構，一方面可提高諧振腔的熱穩定性，另一方面將聲光調制器放置在諧振腔中振蕩激光束腰的位置，可以縮短振蕩激光束在聲光介質內的渡越時間，從而進一步壓縮輸出激光的脈沖寬度。

附圖說明

圖1是聲光調制的腔倒空激光器原理示意圖。

圖2是聲光調制的腔倒空CO₂激光器第一種技術方案示意圖。

圖3是聲光調制的腔倒空CO₂激光器第二種技術方案示意圖。

圖4是聲光調制的腔倒空CO₂激光器第三種技術方案示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。