一种电光径向双折射调Q开关的制作方法

本发明涉及一种电光径向双折射调q开关，属于固体激光器技术领域。

背景技术：

大能量高光束质量的激光二极管抽运的固体激光器一直是全固态激光器的研究重点和热点，广泛应用于激光加工、空间激光雷达、空间光电对抗、激光医疗等领域。通常固体激光器输出激光空间分布是非均匀的，呈高斯型分布，中心强度非常大。但对于大能量调q激光器，激光空间模式呈高斯型分布会导致腔内局部功率密度过高，容易造成光学元件和激光晶体损坏；还会引起激光的自聚焦效应，进而引起光束质量变差，因此需要对激光束进行整形。平顶光束光强分布比较均匀，光强分布函数的顶部平坦，将高斯光束整形成平顶光束可以避免高斯光束带来的问题。此外，在一些激光应用领域中也需要输出的激光空间分布比较均匀。

目前固体激光器整形方法分为腔外整形技术和腔内整形技术，腔外整形技术适用于低能量激光器。而大能量固体激光器采用的是腔内整形技术，谐振腔输出激光的空间光强分布即为所需要的分布，能够最大限度的降低激光的损耗。腔内整形技术包括变反射率腔镜(vrm)技术、衍射光学元件(doe)技术、梯度相位镜技术、径向双折射透镜(rbe)技术、变形镜技术等。通常大能量调q激光器采用较多的是偏振耦合输出，因此通常采用rbe将输出激光整形成平顶光束。利用晶体的双折射特性制造径向双折射透镜，沿径向方向晶体的厚度连续变化，进而引起沿径向方向的相位延迟变化。

大能量调q激光器中利用腔内加入额外的径向双折射元件和偏振输出可以实现平顶光束偏振耦合输出，此时调q驱动电压较高，而额外的光学元件增大了激光器的光学损耗和激光器体积。包括rbe技术在内的腔内整形技术均存在这些问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种电光径向双折射调q开关，从光束入射到出射方向，依次包括补偿波片、径向双折射电光晶体、补偿透镜、偏振元件；还包括调q高压电极用于向径向双折射电光晶体加载电压。本发明用于大能量固体激光器输出平顶光束，提高光束质量和光束均匀性，提高了输出效率、激光器稳定性和激光器集成度。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种电光径向双折射调q开关，从光束入射到出射方向，依次包括补偿波片、径向双折射电光晶体、补偿透镜、偏振元件；还包括调q高压电极；所述径向双折射电光晶体和补偿透镜的材质相同；

在垂直于光束传播的方向上，所述径向双折射电光晶体和补偿透镜的厚度均连续变化，且变化趋势相反；

所述调q高压电极用于向径向双折射电光晶体加载电压，所述调q高压电极的法线垂直于光束的传播方向。

上述电光径向双折射调q开关，所述径向双折射电光晶体为纵向运用晶体，当所述径向双折射电光晶体选用单轴晶体时，径向双折射电光晶体为单块晶体；当所述径向双折射电光晶体选用双轴晶体时，径向双折射电光晶体采用两块参数的晶体串联正交运用。

上述电光径向双折射调q开关，所述径向双折射电光晶体选用但并不局限于linbo3晶体、litao3晶体、ktp晶体、rtp晶体之一。

上述电光径向双折射调q开关，所述径向双折射电光晶体靠近所述调q高压电极的侧面采用抛光处理。

上述电光径向双折射调q开关，所述径向双折射电光晶体在靠近补偿波片和补偿透镜的两个侧面上设有激光增透膜。

上述电光径向双折射调q开关，所述偏振元件选用45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜、偏振分束立方体中的任意一种；所述偏振元件的材质选用紫外熔融石英、n-sf1玻璃和h-lak67玻璃中的任意一种。

上述电光径向双折射调q开关，所述补偿波片为四分之一波片，所述补偿波片的材质选用紫外熔融石英，所述四分之一波片可以选用零级波片、真零级波片和多级波片中的任意一种。

上述电光径向双折射调q开关，所述调q高压电极在靠近所述径向双折射电光晶体的侧面镀金。

上述电光径向双折射调q开关，所述调q高压电极的输出电压为0v～1200v。

上述电光径向双折射调q开关，所述径向双折射电光晶体靠近所述补偿波片的端面为平面，所述径向双折射电光晶体远离所述补偿波片的端面为凸出的球面；所述补偿透镜靠近所述径向双折射电光晶体的端面为凹进的球面，所述补偿透镜远离所述径向双折射电光晶体的端面为平面；所述径向双折射电光晶体和补偿透镜的球面的半径相等。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)采本发明的激光器可以输出平顶光束，提高输出激光的光束质量，同时调q驱动电压小于1200v，与现有技术相比电压降低超过60％，损耗降低超过5％，并能提高激光器集成度；补充本发明的优点，除一个整体方案，比如损耗为多少，驱动电压为多少；整体损耗和驱动电压务必补充，因为本发明的解决的问题中，存在损耗大，驱动电压高等问题；

(2)径向双折射电光晶体1和补偿透镜2的配合，保证了振荡激光输出单脉冲能量和谐振腔发散角；其他的写小发明点，比如径向双折射电光晶体1和补偿透镜2的配合关系。

附图说明

图1为本发明实施例的电光径向双折射调q开关在激光器中应用的示意图；

图2为本发明实施例的电光径向双折射调q晶体的结构示意图；

图3为本发明实施例的补偿透镜的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

一种电光径向双折射调q开关，应用于固体激光器中，所述开关包括：径向双折射电光晶体1(q晶体)、补偿透镜2、偏振元件3、补偿波片4、以及调q高压电极5；

所述径向双折射电光晶体1为纵向运用晶体，选自下列电光晶体之一：linbo3晶体、litao3晶体、ktp(ktiopo4)晶体、rtp(rtiopo4)晶体等；

所述纵向运用是指调q晶体加电方向和通光方向相互垂直；

可选的，所述linbo3晶体、litao3晶体为单轴晶体，采用单块圆柱形晶体设计；

可选的，所述ktp晶体、rtp晶体为双轴晶体，采用两块参数尺寸相同的圆柱形晶体串联正交运用；

所述径向双折射电光晶体1侧面抛光处理，沿轴向方向(通光方向)两端镀有激光增透膜；

可选的，所述径向双折射电光晶体1除常规设计外，根据平顶光束整形要求沿q晶体径向方向(垂直于通光方向)厚度连续变化，类似方形的平凹透镜或者平凸透镜；

所述补偿透镜2和所述径向双折射电光晶体1材质相同，沿垂直于通光方向厚度连续变化，且厚度变化趋势与所述径向双折射电光晶体1相反，使激光在不同位置穿过补偿透镜2和径向双折射电光晶体1的总光程相等；

可选的，所述偏振元件3可以是45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中的一种，材质为紫外熔融石英、n-sf1玻璃和h-lak67玻璃中的一种；

所述补偿波片4为四分之一波片，材质为紫外熔融石英，可以是零级波片、真零级波片和多级波片中的一种；

所述调q高压电极5采用侧面镀金，沿垂直通光方向加载固定电压到所述电光晶体。

实施例：

一种电光径向双折射调q开关，应用于固体激光器中，如图1、图2和图3所示，所述电光径向双折射调q开关和使用方法由以下组成部分：径向双折射电光晶体1，补偿透镜2，偏振元件3，补偿波片4以及调q高压电极5；

径向双折射电光晶体1选用的是纵向运用晶体，具体选自下列电光晶体之一：linbo3晶体、litao3晶体、ktp(ktipo4)晶体、rtp(rtiopo4)晶体等；

选用单轴晶体，例如linbo3晶体或litao3晶体，径向双折射电光晶体1需采用单块长方体形晶体设计；

或者选用双轴晶体，例如ktp晶体或rtp晶体，径向双折射电光晶体1需采用两块参数尺寸相同的长方体形晶体串联正交运用；

径向双折射电光晶体1侧面抛光处理，沿轴向方向两端镀有激光增透膜。

电光晶体除常规设计外，需根据平顶光束整形要求沿径向双折射电光晶体1径向方向(垂直于通光方向)设计厚度连续变化，厚度变化按照的趋势，其中r为沿径向的距离，ρ为曲率，d0为电光晶体中心厚度，类似方形的平凹透镜或者平凸透镜；

补偿透镜2和选用的径向双折射电光晶体1材质相同，沿径向方向厚度连续变化，厚度变化趋势与电光晶体1相反，用来补偿激光通过径向双折射电光晶体1产生的光程差。

纵向运用的径向双折射电光晶体1沿径向方向加载电压后产生相位延迟，而相位延迟与晶体长宽比有关，进而产生的相位延迟也沿径向方向变化；

径向双折射电光晶体1引起的相位延迟需结合偏振元件3使用，才能引起输出激光光强分布的变化，进而将输出激光整形成平顶光束；

偏振元件3可以是45°偏振平板分束镜、布儒斯特角偏振平板分束镜和偏振分束立方体中的一种，材质为紫外熔融石英、n-sf1玻璃和h-lak67玻璃中的一种。

补偿波片4为四分之一波片，用来补偿径向双折射电光晶体1所应用的激光器中激光的相位，材质为紫外熔融石英，可以是零级波片、真零级波片和多级波片中的一种；

调q高压电极5采用侧面镀金，沿垂直通光方向加载固定电压到径向双折射电光晶体1。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。