[发明专利]基于等离子体开关的横向激励CO2激光窄脉冲产生装置

说明书

本公开提供了一种基于等离子体开关的横向激励CO₂激光窄脉冲产生装置，包括：聚焦透镜；等离子体开关，由固体材质构成，位于所述聚焦透镜的焦点处，其上具有一孔，TE CO₂激光经所述聚焦透镜聚焦在所述等离子体开关的所述孔处形成等离子体，TE CO₂激光的拖尾部分被所述等离子体吸收，从而产生激光窄脉冲；以及准直透镜，与所述聚焦透镜同轴设置，用于将所述激光窄脉冲准直后输出。本公开基于等离子体开关的TE CO₂激光窄脉冲产生装置，有效切断了TE CO₂激光脉冲低功率长拖尾部分，达到压缩激光脉冲宽度的目的，结构简单、操作方便。

技术领域

本公开涉及激光技术领域，尤其涉及一种基于等离子体开关的横向激励CO₂激光窄脉冲产生装置。

背景技术

高功率高重复率横向激励(Transversely Excited，TE)CO₂激光在激光加工和军事上有广泛的用途。TE CO₂激光通常由高功率窄脉冲(100ns)和低功率长拖尾部分(3～5μs)组成。在某些要求高功率窄脉冲激光的应用领域，典型TE CO₂激光脉冲的低功率长拖尾部分会对应用产生不利影响，必须想办法去除。比如在激光雷达应用中，长拖尾部分会降低分辨率；在倍频过程应用中，长拖尾部分会影响倍频的转换效率，甚至损坏晶体；在极紫外激光等离子体光源应用中，低功率长拖尾部分对极紫外带内辐射不能形成有效贡献，导致较低的转换效率。

获取短脉冲的CO₂激光脉冲整形技术通常有锁模、调Q、烧蚀金属靶材和等离子体开关等方法。其中，锁模技术由于激光脉冲整形后输出的脉冲能量太低，需要对其放大后才能应用，方案相当复杂；声光或电光调Q技术则需特殊设计的同步方案来精确控制电光开关时间，得到的脉冲能量也很低，且调Q晶体价格高昂，容易损坏。烧蚀金属靶材技术虽然能获得超短脉冲，由于金属靶材的烧蚀和散射，使得整形后的激光脉冲能量下降为初始激光能量的几十分之一，实际无法真正实用。

等离子体开关技术作为一种良好的激光脉冲整形方法，使TE CO₂激光有望在激光雷达、激光倍频、极紫外激光等离子体光源等方面得到应用。2000年T.Gasmi等通过激光脉冲聚焦在专门的背景气体中形成等离子体开关。在激光脉冲的某个特定时刻形成等离子体，激光脉冲的剩余部分被等离子吸收，达到整形激光脉冲的目的，如图1所示。2003年C.Bellecci等通过增加高压放电辅助手段快速击穿背景气体，形成等离子体开关，如图2所示。

综上可见，现有只能在特定的条件下形成等离子体开关，效率低下，需要专门的气体池和额外的辅助装置，结构相对复杂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于上述技术问题，本公开提供了一种基于等离子体开关的TE CO₂激光窄脉冲产生装置，采用带孔等离子体开关(以下也称小孔等离子体开关)有效切断TE CO₂激光脉冲低功率长拖尾部分，达到压缩激光脉冲宽度的目的，结构简单、操作方便。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种基于等离子体开关的横向激励(TE)CO₂激光窄脉冲产生装置，包括：聚焦透镜；等离子体开关，由固体材质构成，位于所述聚焦透镜的焦点处，其上具有一孔，TE CO₂激光经所述聚焦透镜聚焦在所述等离子体开关的所述孔处形成等离子体，TE CO₂激光的拖尾部分被所述等离子体吸收，从而产生激光窄脉冲；以及准直透镜，与所述聚焦透镜同轴设置，用于将所述激光窄脉冲准直后输出。

在一些实施例中，TE CO₂激光的拖尾部分被所述等离子体吸收，即得到整形后的激光脉冲；通过改变所述聚焦透镜与所述孔的位置控制整形后的激光脉冲宽度。