[發明專利]一種基于三方晶系的橫向電光調Q開關及其降低驅動電壓的方法和應用

有效

• 申請號: 201811330304.9
• 申請日: 2018-11-09
• 公開（公告）號: CN109361147B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 于浩海;張懷金;馬世會;王繼揚
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H01S3/115
• 分類號: H01S3/115
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 楊樹云

本發明涉及一種基于三方晶系的橫向電光調Q開關及其降低驅動電壓的方法和應用，包括沿光路依次設置的偏振片和電光晶體器件，電光晶體器件是一塊電光晶體，該電光晶體屬于三方晶系；光通過電光晶體前的偏振方向與電光晶體X/Y方向的夾角為45°。本發明的電光調Q開關的驅動電壓較低，較傳統的電光調Q開關的四分之一波驅動電壓降低了15％?60％，滿足低電壓驅動的電光器件的重要需求。本發明的電光調Q開關的設計更加簡潔，沒有使用四分之一波片，腔結構更簡化，體積更小，有利于小型化生產，簡化了激光器的設計和體積，具有易產業化等優勢。

技術領域

本發明涉及一種基于三方晶系的橫向電光調Q開關及其降低驅動電壓的方法和應用，屬于激光器件技術領域。

背景技術

高重頻、窄脈寬激光器在醫療、科技和測量方面有廣泛應用，特別是近年來在國防和國家安全領域如激光測距、激光精細加工、激光通信和紅外對抗等方面都有十分迫切的需求。電光調Q是直接產生高重頻、窄脈寬激光的實用技術。電光調Q開關中的關鍵是電光晶體。三方晶系的晶體包括鈮酸鋰(LiNbO₃，簡稱：LN)、偏硼酸鋇(β-BaB₂O₄，簡稱：β-BBO)和硅酸鎵鑭(La₃Ga₅SiO₁₄，簡稱：LGS)等，是目前應用廣泛的電光晶體，可以滿足電光調Q的基本需求，但這類電光開關所需的四分之一波驅動電壓(V_π/2)與所調制的激光波長(λ)成正比，與電光系數(γ)成反比其中n₀是電光晶體在工作激光波長的折射率，l為施加在電光晶體上電場的場距，d為電光晶體的通光長度。LN的電光系數較大為6.8pm/V，激光波長在近紅外波段，其驅動電壓為3.6kV(波長為1微米，電光晶體縱橫比為1:1)，激光波長在中遠紅外波段，驅動電壓會相應的升高(波長為2微米、縱橫比為1:1時，電壓為7.4kV)；對于電光系數較小的LGS(2.3pm/V)和BBO(2.2pm/V)電光晶體，其驅動電壓會更高(在2微米波段，調節縱橫比為1:1，LGS的驅動電壓為32.5kV，BBO的為49kV)，高的驅動電壓會導致壓電振鈴效應從而出現多脈沖現象、影響脈沖激光的性質，而且對其使用過程中的安全性、電路設計等均要求苛刻。為了降低這類電光調Q開關的驅動電壓，傳統電光調Q開關設計是利用電光晶體的橫向電光效應，通過增加電光晶體的縱橫比l/d，以達到降低電壓的目的。但這樣的設計要增加電光晶體通光長度，需要高質量大尺寸的電光晶體，對電光晶體的生長技術提出了更高的要求，增加了電光開關乃至激光器的成本。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于三方晶系的橫向電光調Q開關；

本發明還提供了上述橫向電光調Q開關降低驅動電壓的方法，以及上述橫向電光調Q開關的應用；

本發明旨在提供一種三方晶系、低驅動電壓的橫向電光調Q開關，改變傳統電光調Q開關以四分之一波電壓作為驅動電壓的設計，即使電光晶體的縱橫比不大、電光系數較小，也能降低電光調Q開關的驅動電壓，使其最大效率的利用所施加的電壓。本發明還提出通過調控驅動電壓改變光的偏振，以平衡腔內損耗和增益，驅動電壓可根據需要的泵浦功率和重復頻率進行選擇，從而實現減少了所需的電壓以及產生壓電振鈴效應的可能。這種能降低驅動電壓的電光調Q開關的設計可以更加簡化激光器結構，所需電光晶體尺寸更小，操作更加安全，更利于產品的規模化生產及產品的小型化。

術語解釋：

1、電光晶體、電光效應：電光晶體是具有電光效應的晶體。電光效應是晶體折射率隨外加電場發生改變的現象，其中折射率變化隨外加電場成正比的被稱為線性電光效應或普克爾(Pockels)效應；與外加電場的二次方成正比的被稱為二次電光效應或克爾(Kerr)效應；本發明只涉及線性電光效應或普克爾(Pockels)效應。一般而言，在電場的作用下晶體折射率的改變并不太大，但是這足以引起光在晶體介質內部的傳播發生改變，從而可以通過電場來達到控制或調制光場的目的。

2、電光晶體X/Y方向，是電光晶體的物理學軸的X/Y軸方向。