[發明專利]一種基于磁光效應的激光調Q開關、調Q激光器及調Q方法

在審

• 申請號: 201810186128.X
• 申請日: 2018-03-07
• 公開（公告）號: CN108418091A
• 公開（公告）日: 2018-08-17
• 發明（設計）人: 竇仁勤;張慶禮;劉文鵬;羅建喬;張昊天
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H01S3/117
• 分類號: H01S3/117
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于磁光效應的激光調Q開關、自調Q激光器及調Q方法，該發明以磁光材料的旋光效應來控制諧振腔中振蕩激光的開關狀態，當磁光材料施加磁場時的激光只能單向通過時，此時諧振腔處于關閉狀態，撤去磁場，激光往返振蕩，此時諧振腔處于打開狀態；磁光晶體、磁光玻璃、磁光透明陶瓷等磁光材料可以與激光增益介質相結合，實現相應波段激光的調Q輸出；稀土離子Pr³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Nd³⁺摻雜的磁光材料發揮磁光和激光材料的共同作用，實現摻雜離子特征波長激光的“自調Q”輸出，大大簡化了諧振腔，有利于減小激光調Q激光器的體積。

技術領域

本發明涉及的是激光技術領域，具體涉及磁光、激光材料領域，尤其涉及的是一種基于磁光效應的激光調Q開關、調Q激光器及調Q方法。

背景技術

調Q技術的出現和發展，是激光發展史上的一個重要突破，它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提高幾個數量級的一種技術。快速腔內光開關，簡稱Q開關，是調Q技術的基礎。Q開關關閉時，使諧振腔處于低Q值狀態，阻斷激光振蕩的形成，待激光上能級反轉的粒子數積累到最大值時，突然打開Q開關，激光器瞬間處于高Q值狀態，產生雪崩式的激光振蕩，輸出巨脈沖。最早的Q開關是轉鏡調Q，用高速旋轉的全反鏡代替固定全反鏡，并繞垂直于諧振腔的軸線作周而復始的旋轉，構成一個Q值作周期變化的諧振腔，這種Q開關無插入損耗，但是反射鏡磨損嚴重，且要求較高的裝配工藝，目前已不采用；電光調Q是利用電光晶體的電光效應，即線偏振光通過加有電壓的電光晶體時，振動方向會改變，同時在諧振腔內加入起偏器和檢偏器，從而構成Q開關。可以獲得穩定的巨脈沖，開關時間小于脈沖建立時間，目前應用最廣泛，但是其半波電壓高，需要幾千伏，對其他電子線路易造成干擾；聲光調Q是利用光通過介質中的超聲場時的衍射，來改變諧振腔的Q值，可以獲得高重頻的巨脈沖，但是其只能用于低增益的連續激光器上。也可以利用有機染料對光的吸收系數隨光強變化的特性來達到調Q的目的，這種Q開關結構簡單，但是染料易變質，輸出不穩定。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供了一種基于磁光效應的激光調Q開關、調Q激光器及調Q方法，以利用磁光材料的磁光效應為可見和近紅外激光調Q，解決現有調Q技術中存在的諸多問題。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明提供了一種激光調Q開關，設于激光器的諧振腔中，包括設于激光入射路徑上的激光增益元件、偏振棱鏡、磁光材料元件，以及磁場發生器，所述激光增益元件由激光增益工作物質材料制成，所述偏振棱鏡垂直于激光入射方向、所述磁光材料元件設于磁場發生器發出的磁場內。其原理為：磁光材料具有磁致旋光效應，能使穿過磁光材料的線偏振光的偏振方向發生旋轉，使得被反射回的激光不能再次通過磁光材料，從而通過在諧振腔內添加磁光材料和偏振棱鏡，利用磁光材料旋光效應的性能，來控制諧振腔中振蕩激光的開關狀態，實現激光調Q。

進一步地，所述激光增益元件與磁光材料元件為同一元件，為摻雜有Pr³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Nd³⁺任一種離子的磁光材料，可使得磁光材料元件同時發揮磁光材料和激光增益材料的性能，實現“自調Q”，大大簡化諧振腔結構，可獲得一種緊湊的調Q激光器。

進一步地，所述磁光材料元件為磁光晶體、磁光玻璃或磁光透明陶瓷；它們的共同特征是通過控制施加在它們上面的磁場，可以控制激光通過它們時電矢量E發生偏轉，通過磁場和磁光材料通光長度的配合，實現激光電矢量E所需角度的偏轉，從而實現激光的單向導通或雙向導通。