[发明专利]利用Cr4+:YAG晶体各向异性特性调控被动调Q激光输出特性的激光器装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种基于Cr⁴⁺:YAG晶体各向异性特性调控被动调Q激光输出特性的激光器装置及方法。

背景技术

调Q技术是获得高重频、高峰值功率、窄脉宽激光的最佳办法，在激光技术发展的过程中，多种调Q技术已经被发明且成功运用于激光系统中，然而许多技术都有其自身的优缺点及适用条件。由于被动调Q技术不需要电光调Q或声光调Q过程中所需的高压电脉冲或射频调制，因此结构简单，对外界的电磁干扰不敏感，且谐振腔腔长可以压缩到很短，有利于高重频、高峰值功率、窄脉宽激光的产生，非常适用于对电磁干扰免疫及体积要求高的场合应用，比如激光点火。由于Cr⁴⁺:YAG晶体具有良好的热-机械特性，在0.8-1.2μm范围内具有较大的吸收截面，且价格低廉，因此被广泛应用于产生被动调Q纳秒脉冲及皮秒脉冲的激光器当中，Cr⁴⁺:YAG晶体是目前应用最为广泛的被动调Q元件。通常为了改变Cr⁴⁺:YAG晶体被动调Q激光输出特性，比如改变输出脉冲能量、脉冲重复频率、脉冲宽度等特性，一般都会采取更换Cr⁴⁺:YAG晶体即调整Cr⁴⁺:YAG晶体初始透过率的方法，但更换Cr⁴⁺:YAG晶体即腔内重新插入光学元件，这将会使得谐振腔容易产生失调，需要重新调节谐振腔使其达到最佳状态，过程繁琐，且同时还需要购买不同初始透过率的Cr⁴⁺:YAG晶体，成本增加。

发明内容

为了解决常规更换Cr⁴⁺:YAG晶体来达到改变初始透过率进而实现调控被动调Q激光输出特性的方法所存在的过程繁琐、成本增加等缺陷及其他不足，本发明提供了一种基于Cr⁴⁺:YAG晶体各向异性特性来调控被动调Q激光多种输出特性的激光器装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种利用Cr⁴⁺:YAG晶体各向异性特性来调控被动调Q激光输出特性的激光器装置，该装置包括沿光束传播方向依次设置的半导体激光泵浦源、第一非球面透镜、第二非球面透镜、激光前腔镜、激光晶体、具有旋转调节功能的调整架、Cr⁴⁺:YAG晶体、激光输出镜，激光前腔镜和激光输出镜构成激光振荡器的谐振腔，半导体激光泵浦源发射出的激光经第一非球面透镜和第二非球面透镜准直聚焦后入射到激光晶体中，激光晶体吸收泵浦能量，在激光前腔镜和激光输出镜之间产生振荡激光，该激光经由Cr⁴⁺:YAG晶体后将被调制成脉冲形式，经激光输出镜后输出到谐振腔外。

本发明利用Cr⁴⁺:YAG晶体各向异性特性来调控被动调Q激光多种输出特性，在激光谐振腔内插入放置在具有旋转调节功能调整架内的Cr⁴⁺:YAG晶体以及偏振片(对线性偏振的振荡激光可以不用加入此元件，对于非线性偏振的振荡激光则需要加入偏振片)。

利用上述方法实现调控被动调Q激光多种输出性能(输出脉冲能量、脉冲重复频率、脉冲宽度等)，由以下步骤实现：

步骤一、构建Cr⁴⁺:YAG晶体被动调Q激光输出；

步骤二、通过旋转调节调整架，改变Cr⁴⁺:YAG晶体晶向与振荡激光偏振方向之间的夹角，进而实现激光谐振腔内Cr⁴⁺:YAG晶体能量透过率的各向异性改变，最终实现被动调Q激光输出性能的调控。

本发明利用Cr⁴⁺:YAG晶体对线性偏振的振荡激光呈现出各向异性的透过率，即呈现出各向异性的调制深度，利用此特点便可非常容易地对被动调Q激光输出脉冲能量、脉冲重复频率、脉冲宽度等特性进行调节。需要说明的是，不同晶向的切割会导致Cr⁴⁺:YAG晶体能量透过率各向异性特性的不同，最终会引起被动调Q激光输出特性调控效果存在差异，当使用[100]方向切割的Cr⁴⁺:YAG晶体时，脉冲能量最大改变量可达50％、脉冲重复频率最大改变量可达30％、脉冲宽度最大该变量可达150％。本发明通过利用Cr⁴⁺:YAG晶体各向异性的能量透过率来实现被动调Q激光输出性能的控制，是一种简单易行的办法。

附图说明

图1为本发明的输出性能可调控的Cr⁴⁺:YAG晶体被动调Q激光器结构示意图；

图2为图1的局部放大图；