[发明专利]一种横流气体机械调Q脉冲激光器

说明书

技术领域

本发明涉及脉冲激光器的实现方法，具体地说是一种横流气动激光脉冲化的方法,主要用于CO₂激光器、化学氧碘激光器（COIL）、HF/DF激光器等气体激光器上。

背景技术

从工作时间上激光器可以分为脉冲激光和连续激光，两种形式的激光具有各自不同应用和不同技术优势。一般情况下，脉冲激光要比连续波激光器复杂，需要一定的调Q装置，以实现脉冲激光。另一方面，脉冲激光具有较高的峰值功率，但整体能量效率不高。

目前连续波脉冲化的调Q方法较多，如：声光调Q、染料调Q、斩波调Q等方法，这些方法都需要一定特殊装置，不是实施过程较复杂，就是能量损失较大。而在高能横流气动激光器上，染料调Q等方法更显得无能为力。

发明内容

为了解决上述不足，本发明的目的是提供一种横流高能气体脉冲化激光器的实现方法，减小激光的能量损失，提高激光器脉冲能量。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种横流高能气体脉冲化激光器的实现方法，用于横流气体激光器，在增益区增益介质流动方向上，将横流气体激光器的增益区分为上游增益区和下游增益区，在下游增益区两侧设置有激光谐振腔组件A及相应的机械调制装置，在下游增益区及谐振腔组件B构成激光器，再经过机械调Q实现脉冲激光输出；

在下游脉冲输出的激光，经过缩束光学系统，将光斑尺寸缩小，提供激光功率密度，经折返镜将下游的脉冲激光通过凹面镜的小孔输入到上游增益区作为种子激光，种子激光在上游增益区由两个腔镜构成的两个正支非稳腔内，进行来回反射，其能量和光斑均得到放大，最后通过刮刀镜得到输出，实现增益区上游的能量提取，实现高能脉冲能量输出；

但在下游不起振时，流入上游介质所存储的能量无提取，就是激光能量流入储能过程，同时经过上游流入下游无能量提取的增益介质，其增益较高，这样下游就为增益区下游再次产生高能脉冲激光准备能量条件。进而实现下游的起振-脉冲激光输出-上游的能量放大及能量提取-下游不起振-储能-下游再起振的重复调制高能脉冲输出过程。为了进一步提高下游增益区的起振阈值，提高单脉冲能量，在下游设置斩波器，通过斩波片的转动，实现脉冲的深度调制，实现调制周期与更换介质的周期一致，但脉冲占空比与能量的最大提取时间相一致。

所述增益介质由设置于上游增益区外侧的增益介质发生器提供；增益介质发生器可为电泵浦CO₂、超音速氧碘激光增益发生器或HF/DF燃烧气动增益发生器等，对应的横流气体激光器可为CO2激光器、氧碘化学激光器或HF/DF激光器等。

所述激光器主要是下游增益区与上游增益区相比较，上游增益区的增益较高，适合于激光能量的放大；

所述在下游增益区通体机械调制方法产生具有较高能量的脉冲激光，此光束经过光学缩束系统，转变为小束斑、高能量密度的种子光；

所述在上游增益区两侧放置凹面反射镜、凸面反射镜和一个刮刀镜，构成激光非稳腔谐振腔B。该非稳腔耦合输出率大于腔内增益，因此在增益介质流入到该非稳腔时不能形成自激振荡，只有在种子光注入后，通过腔镜来回反射，使得种子光多次往返于上流增益区，因此其能量和束斑得到放大，最后在刮刀镜得到激光能量输出；

所述种子光通过上游增益区一侧凹面反射镜上的小孔，注入到上游增益区中，注入种子光一侧的反射镜中心留有小孔，小孔的中心与非稳腔光轴重合，其直径略大于种子光斑直径；

所述谐振反射镜设置于增益区的外侧。激光谐振腔组件的放大率根据激光器的实际情况及需求选取，本发明下游增益区谐振腔既可以采用稳定腔型又可采用非稳腔型。本发明采用振-放式结构，实施结构简单，而光学谐振腔的具体形式可以根据实际情况自行选择。

本发明具有以下优点：

1.实施简单。采用激光自身的谐振腔设计和优化，即能够实现本方案，无须其他相关技术手段。

2.光学谐振采用振-放式结构。该方案激光振荡在下游，再将下游的振荡产生的脉冲激光反馈给上游，在上游采用自身不起振的非稳腔，实现对注入种子光的多次放大和能量提取。

3.采用自身产生的高功率密度激光光束，对自身存储能量的提取，能量提取效率高、光波长匹配性好。