[其他]一種調(diào)Q激光脈沖波形調(diào)整方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87103899
• 申請日: 1987-05-27
• 公開（公告）號: CN87103899A
• 公開（公告）日: 1988-12-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳培鋒;蘭信鉅
• 申請（專利權(quán)）人: 華中工學(xué)院
• 主分類號: H01S3/11
• 分類號: H01S3/11
• 代理公司: 華中工學(xué)院專利事務(wù)所
• 代理人: 狄唯菁

本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。

由于調(diào)Q激光器具有峰值功率高，脈沖寬度窄的特點，因而其應(yīng)用領(lǐng)域日趨廣泛。與此同時，對調(diào)Q激光器的性能要求也愈來愈高，比如要求脈沖寬度更窄，而且在許多應(yīng)用場合要求脈沖寬度可以連續(xù)調(diào)節(jié)，等等。

對調(diào)Q過程的理論分析表明，調(diào)Q激光器的輸出峰值功率和脈沖寬度取決于Q開關(guān)的啟閉速度、腔增益及腔損耗。因此，人們最先采用的壓縮脈寬的方法主要包括加快Q開關(guān)開啟速度，以及選用優(yōu)質(zhì)激光工作物質(zhì)材料，增加泵浦功率和降低腔損耗等等。這些方法的優(yōu)點在于能夠在壓縮脈寬的同時增加峰值功率，而缺點則是實現(xiàn)困難。實際上，應(yīng)用上述方法壓縮脈寬基本上已無潛力可挖。因此，要進一步壓縮脈寬就必須在調(diào)Q機理上進行開發(fā)研究。

目前，國外采用的壓縮Q脈沖寬度的方法主要有US-4477905和US-4174504所描述的腔倒空的方法，以及美國《光學(xué)通訊》：雜志（Optics????Communications）VoL.40.№.4第298頁所描述的自注入方法。這兩種方法在理論上說都是有效的。自注入鎖定技術(shù)還可以連續(xù)調(diào)節(jié)激光Q脈沖寬度。但是，它們的缺點是太復(fù)雜而且極易受外界干擾，現(xiàn)在不可能實際應(yīng)用。另外，JP-61015384描述了一種調(diào)節(jié)聲光調(diào)Q脈沖寬度的方法，但這種方法只能得到比普通調(diào)Q脈沖寬度更寬的脈沖，即不能壓縮脈沖寬度。

綜上所述，本發(fā)明的目的在于研究一種簡便易行的壓縮并連續(xù)調(diào)節(jié)Q脈沖寬度的技術(shù)方法。

本發(fā)明的內(nèi)容包括：

普通調(diào)Q激光器的原理是在泵浦開始時使諧振腔處于低Q值狀態(tài)（即關(guān)閉Q開關(guān)）。使腔內(nèi)增益低于損耗，阻止光振蕩的形成，從而使泵浦能量儲存在激活介質(zhì)中。當(dāng)儲能達到最大值時，突然使諧振腔處于高Q值狀態(tài)（即開啟Q開關(guān)）。此時，增益遠遠大于損耗，儲存在激活介質(zhì)中的能量迅速以一個巨脈沖的形式輸出。

在Q開關(guān)開啟后，Q脈沖輸出過程中重新關(guān)閉Q開關(guān)，從而改變激光器諧振腔的工作狀態(tài)，使Q脈沖的波形得到調(diào)整。Q開關(guān)重新關(guān)閉的時刻可以是在Q脈沖達到峰值的同時，并使Q開關(guān)重新處于最大可能關(guān)閉狀態(tài)，Q脈沖波形后沿快速衰減，達到壓縮Q脈沖寬度的目的。本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)Q開關(guān)重新關(guān)閉后的損耗系數(shù)或通過調(diào)節(jié)Q開關(guān)重新關(guān)閉的時間來調(diào)節(jié)Q脈沖后沿的衰減速度，使Q脈沖寬度得到連續(xù)調(diào)節(jié)。本發(fā)明還可以調(diào)節(jié)Q脈沖的峰值功率，在Q脈沖達到峰值之前就使Q開關(guān)恢復(fù)到高損耗態(tài)，則Q脈沖就不能達到峰值，通過調(diào)節(jié)Q開關(guān)重新關(guān)閉的時間就可以調(diào)節(jié)Q脈沖所能達到的最大值，此時，在泵浦功率恒定條件下、可以連續(xù)調(diào)整峰值功率。采用此種方法調(diào)節(jié)Q脈沖峰值功率的特點在于既便于自動控制，又在調(diào)節(jié)峰值功率時可以不必調(diào)節(jié)泵浦功率，這一點對于固體激光器特別有用，因為這樣就可以保證其橫向輸出模式不變。

通過理論分析，我們發(fā)現(xiàn)調(diào)Q巨脈沖的后沿半寬度總是遠遠大于前沿半寬度。事實上，調(diào)Q巨脈沖的脈沖寬度主要是由后沿半寬度組成的。這是由于為了保證調(diào)Q巨脈沖的峰值功率盡可能大，我們總是將腔內(nèi)的損耗（不包括輸出鏡透過損耗）盡可能作得很小。這雖然有利于脈沖峰值功率的增加，可以使調(diào)Q巨脈沖的前沿盡可能快地上升，但同時卻不利于脈沖后沿的衰減，使得調(diào)Q巨脈沖的后沿拖得很長。事實上，脈沖后沿的這部分能量在很多場合下是沒有什么用處的。特別在激光加工等場合下，它的存在有時是很不利的。因此，將調(diào)Q巨脈沖的后沿衰減掉是必要的。而采用本發(fā)明的壓縮脈寬方法即可達到這一目的，而且還可以在較大范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)Q脈沖寬度，同時又保證調(diào)Q巨脈沖的峰值功率不變。另外，采用本發(fā)明的方法，還可以在保證激光橫向模式不變的前提下連續(xù)調(diào)整Q脈沖的峰值功率。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

壓縮脈寬范圍大。因為調(diào)Q巨脈沖寬度的后沿是組成其脈寬的主要部分，而本發(fā)明的方法則可迅速衰減其后沿部分，從而在較大范圍內(nèi)壓縮脈寬;

解決了調(diào)Q巨脈沖后沿與前沿（峰值功率的主要成份）的矛盾。因為Q脈沖前沿和峰值功率要求腔損耗盡量小，而其后沿則要求腔損耗盡量大，本發(fā)明既保持了前沿部分，又壓縮了后沿部份，妥善地解決了這一矛盾;

壓縮脈寬的同時可保持峰值功率不變，由于本發(fā)明是在脈沖達到峰值后才使Q開關(guān)重新關(guān)閉的。因此，對Q脈沖的前沿形成過程無任何影響，所以不會影響峰值輸出功率;

簡便、易行、可靠、適應(yīng)性強。本發(fā)明可以適用于一切調(diào)Q形式，特別是在激光微加工和激光測距等領(lǐng)域效果更佳。

附圖說明和實施例