[发明专利]电光晶体布拉格折射器及以其作为激光Q调制器的方法

说明书

技术领域

本发明揭露一种周期性极化反转电光晶体布拉格折射器(periodicallypoled electro-optic crystals Bragg deflector)。尤指一种利用周期性极化反转电光晶体布拉格折射器的特性，使其可作为一激光共振腔Q调制器(Q-switch)，用以架设一主动式电光Q调制激光。

背景技术

将激光二极管泵浦的Q调制激光用作产生短脉冲宽度及高峰值功率的激光脉冲来源是很风行的。通常有两类Q调制机制，即主动式Q调制激光与被动式Q调制激光。与一被动式Q调制激光比较，在处理具高激光功率范畴与控制Q调制时机及脉冲重复率方面，主动式Q调制激光较占优势。但一主动式Q调制激光如使用一声光(acousto-optic:AO)Q调制器时，通常需要一射频驱动器；或者是使用一电光(electro-optic:EO)Q调制器时，则需要一高压脉冲驱动器。一声光Q调制器通常是一布拉格盒(Bragg cell)，其对于激光的偏振方向是很不敏感的。另一方面，一电光Q调制器通常为一普克尔盒(Pockels cell)，其用于控制一激光共振腔的单一偏振方向损耗。为了快速的Q调制，电光Q调制是较佳的架构，因为电光效应的反应速度较声光效应快。

铌酸锂是一种已知的优越非线性光学物质。在过去十年间，周期性极化反转铌酸锂(periodically poled lithium niobate:PPLN)晶体被应用于准相位匹配(Quasi-phase matching；QPM)频率转换方面，且受到极大的注目。

在90年代，为了要改良波长可调激光的效率而发展出准相位匹配非线性激光晶体。参见Fejer et al.发表的“Quasi-Phase-Matched Second HarmonicGeneration:Tuning and Tolerances，”IEEE Journal of Quantum Electronics，vol.28，1992 pp.2631-2654，以及美国专利第5,036,220号、第5,800,767号、第5,714,198号、第5,838,702号等。准相位匹配技术主要是在非线性光学晶体上制作周期性晶格极化反转结构来补偿因色散效应而导致在晶体内作频率转换交互作用的各种光波其相速度的差异。一般而言，这些非线性光学晶体同时也是优异的电光效应晶体，因此当一电场施加于此种周期性晶格结构反转晶体时，会因电光效应产生一周期性的折射率变化，而利用此折射率变化可以将此种周期性极化反转晶体制成一布拉格折射器。

我们曾成功地使用一PPLN普克尔盒作为一激光Q调制器，其具有一低至约100V的调制电压(见Y.H.Chen and Y.C.Huang，Opt.Lett.28，1460(2003))。此一已知的使用一周期性极化反转铌酸锂电光晶体普克尔盒的主动式Q调制激光的示意图如图1所示。其中该PPLN普克尔盒具有一1/4波长相位延迟器(QWP)与一PPLN晶体，另包括一泵浦激光、一耦合透视镜组、一增益介质(gain material)与一输出耦合器(output coupler:OC)。虽然其调制电压极低，且具和准相位匹配晶体整合的优越潜力，但其对温度敏感且产生相当可观的绿光激光能量，会影响此元件的工作效能，故需要一对温度不敏感、不产生绿光激光能量，且仍具有低调制电压与优越的和准相位匹配晶体整合可能性等优点的激光Q调制器。

先前技艺中，主动式电光Q调制激光需高调制半波电压(half-wavevoltage)且高速(数十纳秒)脉冲产生器，因而导致其驱动器十分复杂且昂贵。

因此，发明人鉴于已知技术的缺失，乃思及改良发明的意念，终能发明出本案的“电光晶体布拉格折射器及以其作为激光Q调制器的方法”。

发明内容

本案的主要目的在于提供一种周期性极化反转电光晶体布拉格折射器，其可作为一激光共振腔Q值调制器，用以架设一主动式电光Q调制激光，以及提供其控制方法，以克服已知技艺中，主动式电光Q调制激光需要昂贵的高调制半波电压且高速脉冲产生器等装置的缺点。

本案的另一主要目的在于提供一种电光晶体布拉格折射器，包含:一周期性极化反转电光晶体，一电极，以及一驱动器。

根据上述的构想，该电光晶体为一单一晶体周期极化反转的铁电物质。