[发明专利]一种基于磁光效应的激光调Q开关、调Q激光器及调Q方法

说明书

本发明公开了一种基于磁光效应的激光调Q开关、自调Q激光器及调Q方法，该发明以磁光材料的旋光效应来控制谐振腔中振荡激光的开关状态，当磁光材料施加磁场时的激光只能单向通过时，此时谐振腔处于关闭状态，撤去磁场，激光往返振荡，此时谐振腔处于打开状态；磁光晶体、磁光玻璃、磁光透明陶瓷等磁光材料可以与激光增益介质相结合，实现相应波段激光的调Q输出；稀土离子Pr³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Nd³⁺掺杂的磁光材料发挥磁光和激光材料的共同作用，实现掺杂离子特征波长激光的“自调Q”输出，大大简化了谐振腔，有利于减小激光调Q激光器的体积。

技术领域

本发明涉及的是激光技术领域，具体涉及磁光、激光材料领域，尤其涉及的是一种基于磁光效应的激光调Q开关、调Q激光器及调Q方法。

背景技术

调Q技术的出现和发展，是激光发展史上的一个重要突破，它是将激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率提高几个数量级的一种技术。快速腔内光开关，简称Q开关，是调Q技术的基础。Q开关关闭时，使谐振腔处于低Q值状态，阻断激光振荡的形成，待激光上能级反转的粒子数积累到最大值时，突然打开Q开关，激光器瞬间处于高Q值状态，产生雪崩式的激光振荡，输出巨脉冲。最早的Q开关是转镜调Q，用高速旋转的全反镜代替固定全反镜，并绕垂直于谐振腔的轴线作周而复始的旋转，构成一个Q值作周期变化的谐振腔，这种Q开关无插入损耗，但是反射镜磨损严重，且要求较高的装配工艺，目前已不采用；电光调Q是利用电光晶体的电光效应，即线偏振光通过加有电压的电光晶体时，振动方向会改变，同时在谐振腔内加入起偏器和检偏器，从而构成Q开关。可以获得稳定的巨脉冲，开关时间小于脉冲建立时间，目前应用最广泛，但是其半波电压高，需要几千伏，对其他电子线路易造成干扰；声光调Q是利用光通过介质中的超声场时的衍射，来改变谐振腔的Q值，可以获得高重频的巨脉冲，但是其只能用于低增益的连续激光器上。也可以利用有机染料对光的吸收系数随光强变化的特性来达到调Q的目的，这种Q开关结构简单，但是染料易变质，输出不稳定。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于磁光效应的激光调Q开关、调Q激光器及调Q方法，以利用磁光材料的磁光效应为可见和近红外激光调Q，解决现有调Q技术中存在的诸多问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种激光调Q开关，设于激光器的谐振腔中，包括设于激光入射路径上的激光增益元件、偏振棱镜、磁光材料元件，以及磁场发生器，所述激光增益元件由激光增益工作物质材料制成，所述偏振棱镜垂直于激光入射方向、所述磁光材料元件设于磁场发生器发出的磁场内。其原理为：磁光材料具有磁致旋光效应，能使穿过磁光材料的线偏振光的偏振方向发生旋转，使得被反射回的激光不能再次通过磁光材料，从而通过在谐振腔内添加磁光材料和偏振棱镜，利用磁光材料旋光效应的性能，来控制谐振腔中振荡激光的开关状态，实现激光调Q。

进一步地，所述激光增益元件与磁光材料元件为同一元件，为掺杂有Pr³⁺、Sm³⁺、Eu³⁺、Dy³⁺、Er³⁺、Ho³⁺、Tm³⁺、Yb³⁺、Nd³⁺任一种离子的磁光材料，可使得磁光材料元件同时发挥磁光材料和激光增益材料的性能，实现“自调Q”，大大简化谐振腔结构，可获得一种紧凑的调Q激光器。

进一步地，所述磁光材料元件为磁光晶体、磁光玻璃或磁光透明陶瓷；它们的共同特征是通过控制施加在它们上面的磁场，可以控制激光通过它们时电矢量E发生偏转，通过磁场和磁光材料通光长度的配合，实现激光电矢量E所需角度的偏转，从而实现激光的单向导通或双向导通。