[发明专利]使用给泵浦装置的反馈的泵浦激光系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光系统，包括：用于至少产生第一和第二、优选聚焦的泵浦光束的泵浦产生装置；通过被适当地泵浦而发出辐射的激光装置，所述激光装置位于第一谐振器中以接收第一泵浦光束从而产生具有第一频率的第一光束，及所述激光装置位于第二谐振器中以接收第二泵浦光束从而产生具有第二频率的第二光束；及至少一Q开关位于第一和第二谐振器中，使得所述第一光束和第二光束均通过Q开关；及所述激光系统具有从所述第一光束和所述第二光束产生的输出。

激光系统，其包括两个或两个以上激光器或增益元件或者包括产生两条或两条以上激光线(即两个或两个以上波长)的增益元件，及其中还包括所谓的和频产生或另一形式的非线性转换，是相当新的研究领域。为了实现更有效的转换，激光器可受脉冲作用。各个激光器可通过使泵浦源(不是那样有效)脉动而进行脉冲调制，或者它们可通过调节激光腔中的损耗定期改变激光腔的所谓的Q因子而进行脉冲调制。这可通过使用所谓的Q开关实现。Q开关可以是有源开关，如电光或声光Q开关，或者是使用可饱和吸收体的无源开关。

这样的系统的主要问题之一是使各个激光器同步，因为它们通常具有不同的脉冲形成时间。因此，在所述腔中传播的脉冲时间上将不重叠。这是问题所在，因为非线性转换仅可在脉冲重叠的情况下发生。如果各个脉冲之间的重叠未以任何方式控制或调节，脉冲之间的重叠将是随机的，因而不是优化的。因此，非线性转换也将不是优化的转换。

优化重叠的一种方法是调节激光元件中从泵浦源发射的光的焦点。当然，这仅在来自泵浦源的光聚焦在激光元件内的系统中是可能的。因此，如果泵浦源为气体放电灯或blitz灯，则不可能使用这种类型的调节。在任何情况下，很难改变商用激光系统中的泵浦源光束的焦点，因为激光器的功能性高度取决于精确的焦点。此外，用于改变焦点的机械系统具有固有的不准确性，及将额外地大大增加激光系统的总成本。

调节脉冲重叠的另一种方法涉及改变或平移所述腔的一个或多个反射镜以改变激光元件中的本征焦点。这会改变腔模(即激光元件中的光斑大小)和泵浦源之间的重叠，藉此改变激光元件的增益。此外，腔模本身的改变也可改变增益。再次地，这种方法是基于机械的方法，因此大大增加系统的总成本及引起源失准。

第三种可能性是改变激光元件相对于泵浦源的焦点的位置。然而，这仅在激光元件比腔臂短的情况下是可能的，即激光元件位于腔臂中。另外，可能必须平移激光元件，这意味着需要机械平移装置。因此，这种方法具有与前述方法一样的缺点。

第四种可能性是在所述腔具有静态或可变个体损耗的情况下采用一种方法使得腔内损耗差超过激光元件的相应增益之间的差。

第五种可能性是利用多个Q开关及其之间的可变电子延迟。这是稍更复杂的解决方案，各个Q开关及电子可变延迟线路需要单独的电源。如果系统在毫微秒范围运行，这通常是这样的系统的实际情形，所述电子电路相当昂贵和灵敏。同样，如果系统的每一激光线使用单独的Q开关，这将增加系统的总成本，因为Q开关通常相当昂贵。

美国专利5,121,402公开了多增益元件环形激光器，其具有调整到更高脉冲输出功率的能力。该环形激光器包括多个泵浦源及相应的增益元件。从各个增益元件得到的激光束均通过环形腔中的同一Q开关。

发明内容

本发明的目的在于提供新的、改进的激光系统，其中系统的两条或两条以上激光线之间的脉冲重叠可优化。

根据本发明，这可通过将所述输出的至少一部分反馈回到调节系统而实现，其通过控制所述泵浦产生装置的强度输出而调节第一和第二光束的各个激光脉冲的形成时间。

因此，调节系统适于控制泵浦装置的强度输出，继而调节激光装置的增益，从而控制所述第一和第二光束的各个激光脉冲的形成时间。各个脉冲之间的重叠进而可以简单的方式优化。

在本发明的优选实施例中，所述至少一Q开关为有源Q开关，如电光或声光Q开关。相比于无源Q开关，有源Q开关更有利，因为无源Q开关相对于重复频率和脉冲效应只有有限的工作间隔。因此，通常不得不选择不变的工作点。

根据本发明的优选实施例，所述至少一Q开关既位于第一谐振器中又位于第二谐振器中，使得第一光束和第二光束均通过同一Q开关。

根据优选实施例，泵浦产生装置是单一泵浦源，如激光二极管。因此，该单一泵浦源用于至少产生所述第一和所述第二泵浦光束。在这种情况下，使用本身已知的方法调节各个泵浦光束效应是可能的，如使用相位延迟器、偏振光分束器或双折射晶体。