[发明专利]一种受抑全内反射激光Q开关装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种受抑全内反射激光Q开关装置，属于激光光电子技术及其应用领域。

背景技术

受抑全内反射(Frustrated total internal reflection，简称FTIR)调制方式，它的基本原理如图1所示，当光线由折射率为n₁的光密介质1进入折射率为n₂(n₁＞n₂)的光疏介质2时，在入射角大于临界角时将发生全反射。在此条件下，虽然入射波完全反射，但是此时存在一种特殊的透射波场，它穿过反射表面而进入第二介质中，这就是表面波或倏逝波。由于在光疏介质，倏逝波按指数规律急剧衰减，其穿透深度极小，按习惯取其振幅减小到交界面处振幅的1/e时，定义其有效穿透深度为z_e，有效穿透深度z_e为波长数量级。当介质2的厚度d小于倏逝波的有效穿透深度z_e时，且其后是折射率为n₁的第三介质，则此时“全内反射”将受到抑制，光波有一部分将通过介质2而进入介质三，这种现象即是“受抑全内反射”。

通常受抑全内反射激光Q开关由一对45°底角的等腰梯形石英棱镜组成(分别为全反棱镜和抑制棱镜)，抑制棱镜的背面贴有压电换能器，压电换能器精确控制抑制棱镜与全反棱镜之间的空气隙厚度d，当激光束垂直进入全反棱镜后，由于光线在全反棱镜斜面入射角为45°大于石英棱镜的临界角arcsin1/n(n＝1.45为石英的折射率)，此时光线将在全反棱镜斜面发生全反射。在压电换能器的驱动下，当全反棱镜和抑制棱镜之间的空气隙厚度d小于激光波长λ时，此时全反射将受到抑制，入射光线将穿过全反棱镜和抑制棱镜之间的空气隙而进入抑制棱镜；当两棱镜间的空气隙厚度d小于激光波长λ的1/10或更小时，全反射将完全被抑制入射光线将全部进入抑制棱镜而从另一面输出。此时激光谐振腔内损耗大，Q值低，振荡阈值高而不能起振，从而激光上能级的粒子数不断积累，如图2所示。当全反棱镜和抑制棱镜之间的空气隙厚度d恢复到激光波长λ时，光线恢复全反射，此时激光谐振腔内损耗小，Q值高，激光上能级积累的反转粒子迅速跃迁激光振荡输出，如图3所示。

但是这种结构的受抑全内反射激光Q开关存在两方面的问题，一是当全反射完全被抑制时，受抑全内反射激光Q开关中全反棱镜和抑制棱镜之间的空气隙厚度d太小，两棱镜之间几乎成真空状态，因此将在两表面间产生光胶现象。当两棱镜间空气隙厚度d再次增大时，压电换能器需克服光胶带来的巨大阻力，导致受抑全内反射激光Q开关不能快速打开。二是受抑全内反射激光Q开关中抑制棱镜质量太大，在压电换能器的驱动下，抑制棱镜不能快速运动，导致受抑全内反射激光Q开关时间太长。受抑全内反射激光Q开关现有的缺点制约了其作为激光Q开关的广泛应用，特别是在短波长激光调Q中的应用。

发明内容

本发明针对目前受抑全内反射激光Q开关存在的缺点，通过用长方形玻璃片和分光玻璃体代替45°底角的等腰梯形抑制棱镜，很好的解决了：a)受抑全内反射激光Q开关中全反棱镜和抑制棱镜两表面间的光胶问题；b)受抑全内反射激光Q开关中抑制棱镜质量太大导致的开关速度太慢问题；c)受抑全内反射激光Q开关不适合作为短波长激光Q开关的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本装置包括45°底角的等腰梯形全反棱镜、弹簧、长方形玻璃片、圆柱形的分光玻璃体、支撑架、换能器、调节螺钉和固定外框。其中：换能器的一端通过调节螺钉与固定外框相连，另一端通过支撑架与长方形玻璃片的下表面固定连接，固定外框与等腰梯形全反棱镜的斜面固定连接。分光玻璃体的上部的端面与长方形玻璃片的下表面的中央紧密粘结，长方形玻璃片的上表面与等腰梯形全反棱镜的斜面平行并且二者之间的初始距离为垂直入射到等腰梯形全反棱镜上的入射激光束波长的n倍(0.5≤n≤10)。在等腰梯形全反棱镜与长方形玻璃片的两端处相对应的位置设置有弹簧。在分光玻璃体内的下部设置有底面与分光玻璃体的底面相等的空心圆锥，分光玻璃体的圆柱直径大于入射激光束光斑直径的倍。当长方形玻璃片的上表面与等腰梯形全反棱镜的斜面相接触时，接触面积大于入射激光束在长方形玻璃片的上表面上的光斑大小。

所述的入射激光束的波长λ的范围为：100nm≤λ≤10000nm。所述的等腰梯形全反棱镜的底角为45°，折射率大于

所述的弹簧能够用其他弹性部件代替。

所述的换能器为压电陶瓷换能器或超磁致伸缩换能器。