[發明專利]基于等離子體開關的橫向激勵CO2激光窄脈沖產生裝置

在審

• 申請號: 201711498686.1
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108155541A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 柯常軍;吳天昊;孔心怡
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01S3/00
• 分類號: H01S3/00;H01S3/0971
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本公開提供了一種基于等離子體開關的橫向激勵CO₂激光窄脈沖產生裝置，包括：聚焦透鏡；等離子體開關，由固體材質構成，位于所述聚焦透鏡的焦點處，其上具有一孔，TE CO₂激光經所述聚焦透鏡聚焦在所述等離子體開關的所述孔處形成等離子體，TE CO₂激光的拖尾部分被所述等離子體吸收，從而產生激光窄脈沖；以及準直透鏡，與所述聚焦透鏡同軸設置，用于將所述激光窄脈沖準直后輸出。本公開基于等離子體開關的TE CO₂激光窄脈沖產生裝置，有效切斷了TE CO₂激光脈沖低功率長拖尾部分，達到壓縮激光脈沖寬度的目的，結構簡單、操作方便。

技術領域

本公開涉及激光技術領域，尤其涉及一種基于等離子體開關的橫向激勵CO₂激光窄脈沖產生裝置。

背景技術

高功率高重復率橫向激勵(Transversely Excited，TE)CO₂激光在激光加工和軍事上有廣泛的用途。TE CO₂激光通常由高功率窄脈沖(100ns)和低功率長拖尾部分(3～5μs)組成。在某些要求高功率窄脈沖激光的應用領域，典型TE CO₂激光脈沖的低功率長拖尾部分會對應用產生不利影響，必須想辦法去除。比如在激光雷達應用中，長拖尾部分會降低分辨率；在倍頻過程應用中，長拖尾部分會影響倍頻的轉換效率，甚至損壞晶體；在極紫外激光等離子體光源應用中，低功率長拖尾部分對極紫外帶內輻射不能形成有效貢獻，導致較低的轉換效率。

獲取短脈沖的CO₂激光脈沖整形技術通常有鎖模、調Q、燒蝕金屬靶材和等離子體開關等方法。其中，鎖模技術由于激光脈沖整形后輸出的脈沖能量太低，需要對其放大后才能應用，方案相當復雜；聲光或電光調Q技術則需特殊設計的同步方案來精確控制電光開關時間，得到的脈沖能量也很低，且調Q晶體價格高昂，容易損壞。燒蝕金屬靶材技術雖然能獲得超短脈沖，由于金屬靶材的燒蝕和散射，使得整形后的激光脈沖能量下降為初始激光能量的幾十分之一，實際無法真正實用。

等離子體開關技術作為一種良好的激光脈沖整形方法，使TE CO₂激光有望在激光雷達、激光倍頻、極紫外激光等離子體光源等方面得到應用。2000年T.Gasmi等通過激光脈沖聚焦在專門的背景氣體中形成等離子體開關。在激光脈沖的某個特定時刻形成等離子體，激光脈沖的剩余部分被等離子吸收，達到整形激光脈沖的目的，如圖1所示。2003年C.Bellecci等通過增加高壓放電輔助手段快速擊穿背景氣體，形成等離子體開關，如圖2所示。

綜上可見，現有只能在特定的條件下形成等離子體開關，效率低下，需要專門的氣體池和額外的輔助裝置，結構相對復雜。

發明內容

(一)要解決的技術問題

鑒于上述技術問題，本公開提供了一種基于等離子體開關的TE CO₂激光窄脈沖產生裝置，采用帶孔等離子體開關(以下也稱小孔等離子體開關)有效切斷TE CO₂激光脈沖低功率長拖尾部分，達到壓縮激光脈沖寬度的目的，結構簡單、操作方便。

(二)技術方案

根據本公開的一個方面，提供了一種基于等離子體開關的橫向激勵(TE)CO₂激光窄脈沖產生裝置，包括：聚焦透鏡；等離子體開關，由固體材質構成，位于所述聚焦透鏡的焦點處，其上具有一孔，TE CO₂激光經所述聚焦透鏡聚焦在所述等離子體開關的所述孔處形成等離子體，TE CO₂激光的拖尾部分被所述等離子體吸收，從而產生激光窄脈沖；以及準直透鏡，與所述聚焦透鏡同軸設置，用于將所述激光窄脈沖準直后輸出。

在一些實施例中，TE CO₂激光的拖尾部分被所述等離子體吸收，即得到整形后的激光脈沖；通過改變所述聚焦透鏡與所述孔的位置控制整形后的激光脈沖寬度。