专利名称：双电光调QNd:YAG激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光，特别是一种双电光调Q Nd:YAG激光器。
背景技术：
高平均功率、高重复频率、高光束质量的固态激光器在工业加工、军事装备、空间通讯和医疗诊治等领域有着重要的应用价值。随着大功率半导体激光二极管阵列输出性能的不断提高，半导体激光泵浦的全固态激光器(DPSSL)以其体积小、效率高、寿命长的特点迅速成为激光器发展的热点。
在高功率全固态激光器中，半导体激光二极管的泵浦光谱和固体增益介质的吸收光谱能够实现匹配，但是由于介质内的泵浦光功率密度显著增强，会出现严重的热效应，引起热致双折射、相位畸变、热聚焦、热透镜等现象，严重影响激光器的输出功率和光束质量。随着泵浦功率的增大，激光介质的热效应会越来越显著，甚至成为激光器性能提高的一个致命因素。其中增益介质的热致双折射使得激光束的偏振性明显退化，当腔内存在起偏器时，腔内损耗显著增加，将直接导致激光输出功率的下降，成为制约激光器输出功率提升的重要因素。而增益介质严重的热透镜效应，将造成增益激活区内振荡模体积的缩小，激活粒子数有效利用率下降，最终限制激光器效率的提高。
发明内容
为了同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应，进一步提高半导体激光二极管(LD)侧向抽运电光调Q Nd:YAG激光器的输出功率，本发明通过一种双电光调Q Nd:YAG激光器，该激光器应具有结构紧凑，激光输出功率高的特点。
本发明的原理是在传统调Q谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏损耗输出光路附加一个调Q谐振支路，使得损耗分量经Q开光后被原路反回腔内，形成有效的激光输出。
本发明的技术解决方案是一种双电光调Q Nd:YAG激光器，包括主光路，该主光路是在主振荡轴线上，由依次放置的输出耦合镜、Nd:YAG棒、偏振片、第一1/4波片、第一调Q晶体、第一后腔镜构成，其中所述的偏振片与出射激光的反方向成布儒斯特角，其特点是还有一调Q支路，该调Q支路是在沿所述的偏振片的退偏损耗输出光路方向，由依次放置的第二1/4波片、第二调Q晶体和第二后腔镜构成。
所述的输出耦合镜为平板耦合镜，所述的后腔镜为凸面全反射镜。
所述的调Q晶体为磷酸二氘钾晶体(以下简称为KD*P)。
所述的双电光调Q Nd:YAG激光器，在主路调Q谐振腔的基础上沿着偏振片的退偏损耗输出光路附加一个调Q谐振支路，使得损耗分量经Q开关后被原路反回腔内，形成有效激光输出。该结构可以同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应，提高激光器的输出功率。
本发明的工作过程是对两路中的KD*P电光调Q晶体加同步调Q电压。由于激光介质的热致双折射效应，激光束自增益介质Nd:YAG棒出来后为部分偏振或非偏振光，当其经过布儒斯特偏振片后被分解为s偏振光和p偏振光，分别被偏振片反射到支路中，或透过偏振片在主路中振荡。当两路中的KD*P晶体不加1/4波电压时，两路均不能形成振荡，无法输出激光。当对两块KD*P晶体加1/4波同步电压时，两路中的振荡光产生180°的相位延迟，偏振方向不改变，则两路中的光分别单独在两个后腔镜和输出镜间振荡，通过输出镜得到激光输出。
本发明具有以下优点1、采用双调Q晶体谐振腔设计。在传统调Q谐振腔的基础上，加一退偏损耗补偿支路，使得热退偏损耗得到补偿。
2、对两路中的KD*P电光调Q晶体加同步调Q电压。两支路谐振腔参数完全一致，并允许s偏振分量和p偏振分量同时独立振荡，每次振荡s分量和p分量偏振光均能形成有效输出。
3、实验表明，保持系统结构紧凑的情况下，输出功率得到明显提高。
以下结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。
图1为本发明激光器谐振腔的总体示意图。
图2为没有热退偏补偿的电光调Q Nd:YAG激光器结构示意图。
具体实施例方式
请参阅图1，图1为本发明激光器谐振腔的总体示意图。由图1可以看出，本发明双电光调Q Nd:YAG激光器，包括主光路，该主光路是在主振荡轴线上，由依次放置的输出耦合镜1、Nd:YAG棒2、偏振片3、第一1/4波片4、第一调Q晶体5、第一后腔镜6构成，其中所述的偏振片3与出射激光的反方向成布儒斯特角，其特点是还有一调Q支路，该调Q支路是在沿所述的偏振片3的退偏损耗输出光路方向，由依次放置的第二1/4波片7、第二调Q晶体8和第二后腔镜9构成。
所述的输出耦合镜1为平板耦合镜，所述的后腔镜6、9为凸面全反射镜。
所述的调Q晶体5、8为磷酸二氘钾晶体。
对两路中的KD*P电光调Q晶体加同步调Q电压。由于激光介质Nd:YAG棒的热致双折射效应，激光束自Nd:YAG棒2出来后为部分偏振或非偏振光，当其经过偏振片3后被分解为s和p偏光，分别被偏振片3反射到支路中或透过偏振片3在主路中振荡。当两路中的KD*P晶体不加1/4波电压时，两路均不能形成振荡，无法输出激光。当对两块KD*P晶体加1/4波同步电压时，两路中的振荡光产生180°的相位延迟，偏振方向不改变，则两路中的光分别单独在两个后腔镜和输出镜间振荡，通过输出镜1得到激光输出。该结构可以同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应，提高激光器的输出功率。
本发明实施例的一个具体实施例的参数如下激光介质Nd:YAG晶体尺寸为φ5×70mm，Nd:YAG晶体2被32条半导体激光二极管线阵列侧面环绕直接泵浦。作为泵浦源的半导体激光二极管线阵列阈值电流约为12A，单阵列最大峰值功率为100W(电流120A时)，在1kHz重复频率下其占空比为20％。利用KD*P晶体作为电光调Q晶体，Q开关的重复频率也为1kHz。激光器谐振腔长为350mm，为了补偿高功率抽运下的Nd:YAG晶体棒的热透镜效应，采用平凸腔设置，输出耦合镜1为平板结构，其透过率为70％，全反射后腔镜6、9采用凸镜，该凸全反射后腔镜的曲率半径选为-250mm。
实验表明当泵浦脉冲能量最大为307mJ时，未热退偏补偿的谐振腔(结构如图2)输出脉冲能量为15mJ，非偏振输出的热退偏补偿激光器输出为26.2mJ，输出提高了74.7％。在最高泵浦能量时，未热退偏补偿的谐振腔光光转换效率为4.9％，采用补偿腔后为8.5％。
综上所述，本发明可以有效补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应，提高电光调Q Nd:YAG激光器的输出功率。该激光器具有结构紧凑、效率高、寿命长，工作稳定等特点，在工业加工、军事装备、空间通讯等领域有着重要的应用价值。
权利要求
1.一种双电光调Q Nd:YAG激光器，包括主光路，该主光路是在主振荡轴线上，由依次放置的输出耦合镜(1)、Nd:YAG棒(2)、偏振片(3)、第一1/4波片(4)、第一调Q晶体(5)、第一后腔镜(6)构成，其中所述的偏振片(3)与出射激光的反方向成布儒斯特角，其特征在于还有一调Q支路，该调Q支路是在沿所述的偏振片(3)的退偏损耗输出光路方向，由依次放置的第二1/4波片(7)、第二调Q晶体(8)和第二后腔镜(9)构成。
2.根据权利要求1所述的双电光调Q Nd:YAG激光器，其特征在于所述的输出耦合镜(1)为平板耦合镜，所述的后腔镜(6、9)为凸面全反射镜。
3.根据权利要求1所述的双电光调Q Nd:YAG激光器，其特征在于所述的调Q晶体(5、8)为磷酸二氘钾晶体。
全文摘要
一种双电光调Q Nd:YAG激光器，包括主光路，该主光路是在主振荡轴线上，由依次放置的输出耦合镜、Nd:YAG棒、偏振片、第一1/4波片、第一调Q晶体、第一后腔镜构成，其中所述的偏振片与出射激光的反方向成布儒斯特角，其特点是还有一调Q支路，该调Q支路是在沿所述的偏振片的退偏损耗输出光路方向，由依次放置的第二1/4波片、第二调Q晶体和第二后腔镜构成。本发明在传统调Q谐振腔的基础上，沿着偏振片的退偏损耗输出光路附加一个调Q谐振支路，使得损耗分量经Q开关后被原路反回腔内，形成有效激光输出。这种结构可以同时补偿固体增益介质的热致双折射及热透镜效应，提高电光调Q Nd:YAG激光器的输出功率。该激光器结构紧凑、效率高、寿命长，工作稳定。
文档编号H01S3/08GK101022203SQ20071003802
公开日2007年8月22日 申请日期2007年3月13日 优先权日2007年3月13日
发明者邵杰, 冯永伟, 朱小磊, 陆雨田 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所