[發明專利]基于高速快反鏡的激光調Q裝置及調Q方法

在審

• 申請號: 202011190616.1
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112152059A
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 黃林海;周子夜;馮忠義
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/081;H01S3/105;H01S3/139
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明

本發明公開了一種基于高速快反鏡的激光調Q裝置及調Q方法，該裝置由高速快反鏡模塊，激光工作物質模塊，激光輸出鏡模塊，快反鏡控制器、冷卻模塊和電源模塊組成。該調Q方法通過準確的控制高速快反鏡快速偏擺，改變腔內損耗的辦法來調節腔內的Q值，從而輸出所需的激光脈沖序列。利用反射式的調Q方式可以將高速快反鏡放置在光路的中間，實現更高、更快的激光調Q，也可以通過串聯多塊高速快反鏡的方式實現更高頻率的激光調Q和更快的激光調Q能力。

技術領域

本發明涉及激光調Q裝置的技術領域，特別是一種基于高速快反鏡的激光調Q裝置及調Q方法。

背景技術

激光調Q技術是一種提升激光器輸出峰值強度的有效方法，其通過將連續激光能量壓縮到寬帶極窄的脈沖發射，峰值強度可提高幾個數量級。常用的激光調Q技術有，電光調Q、聲光調Q、染料調Q、轉鏡調Q等，其中以電光調Q、聲光調Q為主。電光調Q是通過在晶體上加一階躍式電壓，調節腔內光子的反射損耗；聲光調Q則是通過某種特定的載波頻率驅動換能器產生同一頻率的超聲波并傳入聲光介質，從而在介質內部形成折射率變化，改變光束的傳播方向，到達改變腔內損耗的效果。

與電光調Q、聲光調Q等常用的調Q方式相比，轉鏡調Q方式因其機械結構復雜，同時因為機械慣性，難以實現特定序列調Q等原因，難以應用到激光加工，激光測距等領域，逐步的退出市場。然而，轉鏡調Q所采用的反射式調Q方式相對于上述的透射式調Q方式可以實現更高的光能利用率，同時也具備更高的光強損傷閾值，并且對調制的波長無限制，特別適用于長波紅外等的傳統調Q方式難以實現的波段。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對轉鏡調Q方式機械結構復雜，無法實現特定序列調Q等問題。本裝置采用高速快反鏡實現反射式的激光調Q，保留傳統轉鏡調Q方式所具備的優勢，同時解決機構復雜和難以實現序列調Q的困難。

本發明采用的技術方案為：基于高速快反鏡的激光調Q裝置，由高速快反鏡模塊，激光工作物質模塊，激光輸出鏡模塊，快反鏡控制器、冷卻模塊和電源模塊組成。該裝置存在兩個主要的工作狀態：a、高速快反鏡模塊與激光工作物質模塊和激光輸出鏡模塊構成穩定的激光諧振腔，并從激光輸出鏡模塊輸出連續激光；b、高速快反鏡模塊發生了大角度偏轉，使高速快反鏡模塊與激光工作物質模塊和激光輸出鏡模塊無法形成穩定的激光諧振腔，激光輸出鏡模塊無激光輸出，激光工作物質模塊的反轉粒子數持續增加并達到飽和閾值。當高速快反鏡模塊在這兩個狀態之間快速切換時，狀態b條件下大量反轉粒子數所存儲的能量在短時間內被釋放出來，形成峰值強度極高的強脈沖激光。通過控制快反鏡控制器，可以使高速快反鏡模塊產生特定序列的偏擺，從而產生特定序列的激光脈沖。

進一步地，所述的高速快反鏡模塊采用壓電陶瓷或基電致伸縮材料驅動器。

進一步地，所述的高速快反鏡模塊發生了大角度偏轉，偏轉角度需大于atan(S/L)，其中S為輸出激光光束直徑，L為諧振腔腔長。

進一步地，所述的兩個狀態之間快速切換，切換時間要求小于200μs。

基于高速快反鏡的激光調Q方法，該方法存在兩個主要的工作狀態：a、高速快反鏡模塊與激光工作物質模塊和激光輸出鏡模塊構成穩定的激光諧振腔，并從激光輸出鏡模塊輸出連續激光；b、高速快反鏡模塊發生了大角度偏轉，使高速快反鏡模塊與激光工作物質模塊和激光輸出鏡模塊無法形成穩定的激光諧振腔，激光輸出鏡模塊無激光輸出，激光工作物質模塊的反轉粒子數持續增加并達到飽和閾值，當高速快反鏡模塊在這兩個狀態之間快速切換時，狀態b條件下大量反轉粒子數所存儲的能量在短時間內被釋放出來，形成峰值強度極高的強脈沖激光，通過控制快反鏡控制器，可以使高速快反鏡模塊產生特定序列的偏擺，從而產生特定序列的激光脈沖。

本發明與現有技術相比有如下優點：