[发明专利]一种双轴晶电光调Q开关及其制备方法

说明书

本发明提供了一种双轴晶电光调Q开关及其制备方法；其中一种双轴晶电光调Q开关由一个整块的矩形双轴晶电光晶体制成；电光调Q开关的通光方向的中心位置处为相位补偿波片；电光调Q开关上的相位补偿波片两侧的部分均为电光晶体元件，电光晶体元件的沿通光方向延伸且互相平行的两个c向面均镀有电极层；相位补偿波片在通光方向上的长度为用于对目标激光产生的相位延迟进行补偿的相位补偿波片厚度的奇数倍；两个电光晶体元件在通光方向上的长度相同；能够有效且可靠提高调Q开关的温度稳定性，插入损耗低且操作简单，既能够解决由于双轴晶电光晶体的静态双折射随温度变化而对调Q开关的温度稳定性造成的影响，又保证了电光调Q开关固有的消光比。

技术领域

本发明涉及激光设备技术领域，具体涉及一种双轴晶电光调Q开关及其制备方法。

背景技术

电光调Q开关是利用晶体的电光效应，使通过晶体的激光的偏振状态发生改变，从而连通或切断腔内振荡光路的开关，具有开关时间短、效率高、脉宽寨、峰值功率高等优点，是固体激光器的重要器件，已在激光技术中得到广泛应用。目前激光技术中使用的传统电光调Q开关主要是由KD₂PO₄、LiNbO₃单轴晶晶体制作。但这两种晶体各自存在一些不足之处。KD₂PO₄(简称KD*P)晶体吸潮，使用时需要用结构复杂的防潮盒来保护，寿命较短，半波调Q电压一般高达6～7千伏且温度一致性不足，大大限制了使用范围。LiNbO₃(简称LN)晶体的激光损伤阈值较低，只有10MW/cm²左右，不能在功率较大一些的激光中应用；该晶体还有较强的压电效应，在较高的重复频率下，会伴生出压电耦合效应，严重影响调Q性能。

为克服用KD*P、LN等电光晶体制作的电光调Q开关的不足之处，国外如以色列、英国、法国等国家早在90年代就开始采用电光性能优良的RbTiOPO₄(简称RTP)晶体来制作电光调Q开关。RTP晶体的电光系数大，介电常数小，调不潮解，抗激光损伤阈值可达到GW/cm²量级。但RTP晶体属于双轴晶，存在自然双折射效应，单块晶体制作电光调Q开关使用需要严格苛刻的恒温控制，在实际应用时基本不被采纳；另外一种方案是采用双晶体温度补偿设计：采用两块电光晶体c向旋转90度组合热补偿设计以消除RTP晶体的静态双折射随温度变化对偏振面方向的影响，如图1所示。这种双晶体温度补偿设计结构的电光调Q开关虽能克服由于RTP的自然双折射造成的不稳定性，但带来严重缺点：消光比大大减小。原来采用一块RTP晶体制作的电光调Q开关的消光比甚至可达2000:1，而图1所示的双晶体温度补偿设计RTP电光调Q开关的消光比一般只有100:1～200:1左右。同时由于消光比降低，严重影响了调Q效率，且大量的入射光被RTP晶体吸收，致使其温度上升，大大增加了这种结构的RTP电光调Q开关的不稳定性。

此外，另一种可消除RTP晶体静态双折射对其电光性能的影响，如图2所示，即在两块等同的RTP晶体中间加一块相位补偿波片。水晶、云母等制作相位补偿片具有许多优点，通常选择这两种晶体制作相位补偿片。但是，水晶、云母等晶体材料的晶体性能与RTP的晶体性能差别很大，很难与RTP晶体匹配，构成性能优异的RTP晶体电光调Q开关。由于这种结构的电光调Q开关使用两种不同的三块晶体，有六个通光面，要求精密抛光，而在应用电光调Q开关进行激光实验时还要求六个面尽可能平行，大大增加了电光调Q开关的装配难度，增加了系统的插入损耗，故至今也未见有此类RTP电光调Q开关应用的报导。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种双轴晶电光调Q开关及其制备方法；能够有效且可靠提高调Q开关的温度稳定性，插入损耗低且操作简单，既能够解决由于双轴晶电光晶体的静态双折射随温度变化而对调Q开关的温度稳定性造成的影响，同时还保证了电光调Q开关固有的消光比。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：