[發明專利]用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關

有效

• 申請號: 201410035090.8
• 申請日: 2014-01-24
• 公開（公告）號: CN103811989A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 李剛;胡小波
• 申請（專利權）人: 深圳市創鑫激光技術有限公司
• 主分類號: H01S3/117
• 分類號: H01S3/117;H01S3/067
• 代理公司: 北京聯創佳為專利事務所(普通合伙) 11362
• 代理人: 郭防

技術領域

本發明涉及一種聲光Q開關，尤其是一種用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關，屬于高端激光領域。

背景技術

隨著激光技術的不斷發展，可調Q的光纖激光器具有成本低、效率高和波長可以調諧等優點而備受市場認可，可以說調Q技術的出現和發展，是激光發展史上的一個重要突破。其工作原理是將激光能量壓縮到寬度極窄的脈沖中發射，從而使光源的峰值功率可提高幾個數量級的一種技術。調Q技術的目的就是壓縮脈沖寬度，提高峰值功率。它通過某種方法使腔的Q值隨時間按一定程序變化的技術。在泵浦開始時使腔處在低Q值狀態，即提高振蕩閾值，使振蕩不能生成，上能級的反轉粒子數就可以大量積累，當積累到最大值（飽和值）時，突然使腔的損耗減小，Q值突增，激光振蕩迅速建立起來，在極短的時間內上能級的反轉粒子數被消耗，轉變為腔內的光能量，在腔的輸出端以單一脈沖形式將能量釋放出來，于是就獲得峰值功率很高的巨脈沖激光輸出。

聲光Q開關是在激光腔內起調Q作用的功能元件，是作為一種受控的可變損耗而插入的。通過激光調Q能使連續激光功率輸出轉化為具有高峰值功率的激光脈沖輸出，從而在激光測距、通訊、機件精細加工及醫療設備等領域獲得廣泛應用。它具有體積小，工作電壓低、響應速度快，重復頻率高、插損低、易控制、全固化，工作穩定等特點。因此聲光Q開關被廣泛用于激光打標機、劃片機、雕刻機、切割機等各種激光加工設備中，并有著廣闊的市場前景。

雖然現階段的可調Q的光纖激光器可以實現全光纖化，但是現在聲光Q開關還不能對非線性效應起到很好的抑制作用，所述的非線性效應是參雜光纖中的泵浦光與聲子間的相互作用的結果，在使用窄譜線寬度光源的強度調制系統中，一旦信號光功率超過受激布里淵散射（SBS）的門限時，將有很強的前向的傳輸信號光轉化為后向傳輸，隨著前向傳輸功率的飽和，后向散射功率將急劇增加，將會嚴重影響系統的工作性能。因此，在聲光Q開關中隨著激光器的功率增大非線性效應會越來越明顯。同時其插入損耗較大，嚴重地抑制了激光器向大功率方向的發展。再加上現階段所使用的調Q開關的結構不合理，其插入損耗和回波損耗較大，嚴重影響激光器的整體性能；除此之外，一些零部件容易脫落，使用壽命較短，因此研發一種可以有效抑制非線性效應、插入損耗和回波損耗低以及使用壽命較長的大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關很有必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關，它可以有效地抑制參雜光纖中的非線性效應，而且具有插入損耗和回波損耗較低、使用壽命較長的優點，滿足激光器向大功率方向發展對聲光Q開關的性能要求。

本發明的技術方案：一種用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關，包括外封裝置、聲光晶體、電聲換能器、第一準直器和第二準直器，沿光線傳播方向依次設有第一準直器、聲光晶體和第二準直器，聲光晶體設于外封裝置的空腔內，電聲換能器貼附于聲光晶體的非光線進出的端面上，電聲換能器上設有射頻發生器，在射頻發生器和電聲換能器共同作用下，產生一定頻率的超聲波，超聲波在聲光晶體中產生光柵，使激光發生衍射，通過控制超聲波來產生脈沖激光。第一準直器和第二準直器上設有透鏡的一端均嵌于外封裝置內，第一準直器和第二準直器與水平面的夾角α均為3.5°～5.5°，該角度范圍可以實現布喇格衍射并將入射光轉變為0級和±1級衍射光，而且得到所需要的的±1級衍射光，在電聲換能器的作用下，產生大功率的激光脈沖；第一準直器和第二準直器上的光纖頭的端頭均磨有9°～15°的斜平面，該角度范圍的斜平面可以降低Q開關的插入損耗和回波損耗，并且降低了反射光對整體光路的影響。所述的透鏡可選用C型透鏡或G型透鏡。

前述的這種用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關中，第一準直器和第二準直器與外封裝置的端面焊接在一起。用焊接方式代替傳統的膠粘的方式連接，改善了聲光Q開關的結構穩定性，提高了聲光Q開關的使用壽命。

前述的這種用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關中，聲光晶體的進出光的端面上均鍍有增透膜，根據不同波長的激光鍍上不同的增透膜，增透膜可以減小聲光Q開關的插入損耗，聲光晶體的出光端面的增透膜上還鍍有增帶寬膜。增帶寬膜在起到增加帶寬的同時有效地抑制了非線性效應。

前述的這種用于大功率脈沖光纖激光器的光纖耦合聲光Q開關中，第一準直器和第二準直器上的透鏡和光纖頭的斜平面上均設有增透膜。增透膜可以減小聲光Q開關的插入損耗。