[发明专利]一种基于四方相钽铌酸钾晶体的低电压驱动电光调Q开关

说明书

一种基于四方相钽铌酸钾（KTa_1‑xNb_xO₃；0.4<x<0.7，简称KTN）晶体的电光调Q开关，属于激光器件领域，其核心由偏振片、钽铌酸钾晶体、四分之一波片组成；所述钽铌酸钾（KTN）晶体的Nb组分处于0.4‑0.7之间，属于四方相结构；KTN晶体开关沿晶体光轴Z向通光，沿晶体X/Y方向施加驱动电压，电压为150‑200V之间，重复频率在1‑1000Hz；本发明制作的KTN电光激光器具有驱动电压低、通用性好、适用波段宽的特点，并具有结构紧凑、成本低、稳定性好等优点，适于实用化和商品化。

技术领域

本发明涉及一种基于四方相钽铌酸钾晶体的低电压驱动电光调Q开关器件，属于激光器件领域。

背景技术

大脉冲、高重频、高低温适用激光器在医疗、科技和测量方面有广泛应用，特别是近年来在国防和国家安全领域如激光测距、激光拒止和红外对抗等方面都有十分迫切的需求。电光调Q 是直接产生大能量脉冲激光的实用技术。电光调Q开关中应用最为广泛的是电光晶体。其中最常用的电光晶体有磷酸二氘钾（简称：DKDP）、铌酸锂（简称：LN）、偏硼酸钡（简称：β-BBO）、磷酸钛氧铷（简称：RTP）4种，它们满足了电光调Q的基本需求，但具有一定局限性，其中DKDP晶体在重水溶液中生长，易潮解，不适于野外应用； LN光损伤阈值低，不适于在高功率激光下应用；β-BBO采用助熔剂方法生长，生长周期长且难获得大尺寸优质晶体，成品低，价格高；RTP晶体结构对称性低，需成对使用对晶体的双折射进行补偿，器件结构复杂、成本高、温度适用范围小。除上述特有晶体的局限外，现有电光开关的驱动电压都在1kV以上，对其使用过程中的安全性、电路设计等均要求苛刻。

钽铌酸钾（KTa_1-xNb_xO₃；0.4<x<0.7，简称：KTN）晶体是铌酸钾（KNbO₃，KN）和钽酸钾（KTaO₃，KT）的固熔体混晶，在室温下，KTN晶体随组分不同既可以以顺电相（立方相），又可以以铁电相（四方相或正交相）存在。可通过调节晶体的组分来调节晶体的对称性和物理性质。KTN晶体Nb组分含量在0.4-0.7之间，处于四方相，具有大的线性电光系数（γ₅₁=7850±1550 pm/V），通过器件设计，可获得施加较低电场强度的情况下使相位发生改变，从而可以满足电光调Q的要求。但传统思维表明四方晶系4mm点群的此类电光效应无实用价值：四方晶系4mm点群的线性电光晶体，施加电场后晶体相位差(T)大小与电光系数（γ₅₁）和电场强度（E）的乘积的平方成正比（晶体长度及折射率为常数），通过分析线性电光系数一般在几十Pm/V，即便电场强度E很大对相位差影响也会很小。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于四方相钽铌酸钾（简称：KTN）晶体的低电压驱动的电光调Q开关。KTN晶体Nb组分含量在0.4-0.7之间，利用其显著的线性电光效应进行元件和实验设计，提供一种在三百伏低电压驱动KTN晶体的可用电光调Q开关。

本发明的技术方案如下：

一种基于四方相钽铌酸钾（简称：KTN）晶体的低电压驱动电光调Q开关，其核心是一块KTN晶体，Nb组分在0.4<x<0.7，晶体以提拉法生长。其组成包括：沿激光光路依次放置的偏振片、钽铌酸钾（KTN）晶体和四分之一波片，其中四分之一波片的光轴与通过四方相钽铌酸钾（KTN）晶体器件后激光的偏振方向成45度角。

根据本发明优选的，该电光调Q开关中，所述四方相钽铌酸钾（KTN）晶体器件的通光面为边平行于钽铌酸钾晶体的X和Y轴的正方形或长方形，边长为1-10 mm，优选的为3-6mm。

根据本发明优选的，该电光调Q开关中，所述四方相钽铌酸钾（KTN）晶体器件的通光方向为沿着钽铌酸钾晶体的光学主轴Z方向，钽铌酸钾晶体器件的通光方向的长度为3-60 mm，优选的通光方向长度为6-30 mm。