[发明专利]一种基于三方晶系的横向电光调Q开关及其降低驱动电压的方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于三方晶系的横向电光调Q开关及其降低驱动电压的方法和应用，包括沿光路依次设置的偏振片和电光晶体器件，电光晶体器件是一块电光晶体，该电光晶体属于三方晶系；光通过电光晶体前的偏振方向与电光晶体X/Y方向的夹角为45°。本发明的电光调Q开关的驱动电压较低，较传统的电光调Q开关的四分之一波驱动电压降低了15％‑60％，满足低电压驱动的电光器件的重要需求。本发明的电光调Q开关的设计更加简洁，没有使用四分之一波片，腔结构更简化，体积更小，有利于小型化生产，简化了激光器的设计和体积，具有易产业化等优势。

技术领域

本发明涉及一种基于三方晶系的横向电光调Q开关及其降低驱动电压的方法和应用，属于激光器件技术领域。

背景技术

高重频、窄脉宽激光器在医疗、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、激光精细加工、激光通信和红外对抗等方面都有十分迫切的需求。电光调Q是直接产生高重频、窄脉宽激光的实用技术。电光调Q开关中的关键是电光晶体。三方晶系的晶体包括铌酸锂(LiNbO₃，简称：LN)、偏硼酸钡(β-BaB₂O₄，简称：β-BBO)和硅酸镓镧(La₃Ga₅SiO₁₄，简称：LGS)等，是目前应用广泛的电光晶体，可以满足电光调Q的基本需求，但这类电光开关所需的四分之一波驱动电压(V_π/2)与所调制的激光波长(λ)成正比，与电光系数(γ)成反比其中n₀是电光晶体在工作激光波长的折射率，l为施加在电光晶体上电场的场距，d为电光晶体的通光长度。LN的电光系数较大为6.8pm/V，激光波长在近红外波段，其驱动电压为3.6kV(波长为1微米，电光晶体纵横比为1:1)，激光波长在中远红外波段，驱动电压会相应的升高(波长为2微米、纵横比为1:1时，电压为7.4kV)；对于电光系数较小的LGS(2.3pm/V)和BBO(2.2pm/V)电光晶体，其驱动电压会更高(在2微米波段，调节纵横比为1:1，LGS的驱动电压为32.5kV，BBO的为49kV)，高的驱动电压会导致压电振铃效应从而出现多脉冲现象、影响脉冲激光的性质，而且对其使用过程中的安全性、电路设计等均要求苛刻。为了降低这类电光调Q开关的驱动电压，传统电光调Q开关设计是利用电光晶体的横向电光效应，通过增加电光晶体的纵横比l/d，以达到降低电压的目的。但这样的设计要增加电光晶体通光长度，需要高质量大尺寸的电光晶体，对电光晶体的生长技术提出了更高的要求，增加了电光开关乃至激光器的成本。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于三方晶系的横向电光调Q开关；

本发明还提供了上述横向电光调Q开关降低驱动电压的方法，以及上述横向电光调Q开关的应用；

本发明旨在提供一种三方晶系、低驱动电压的横向电光调Q开关，改变传统电光调Q开关以四分之一波电压作为驱动电压的设计，即使电光晶体的纵横比不大、电光系数较小，也能降低电光调Q开关的驱动电压，使其最大效率的利用所施加的电压。本发明还提出通过调控驱动电压改变光的偏振，以平衡腔内损耗和增益，驱动电压可根据需要的泵浦功率和重复频率进行选择，从而实现减少了所需的电压以及产生压电振铃效应的可能。这种能降低驱动电压的电光调Q开关的设计可以更加简化激光器结构，所需电光晶体尺寸更小，操作更加安全，更利于产品的规模化生产及产品的小型化。

术语解释：

1、电光晶体、电光效应：电光晶体是具有电光效应的晶体。电光效应是晶体折射率随外加电场发生改变的现象，其中折射率变化随外加电场成正比的被称为线性电光效应或普克尔(Pockels)效应；与外加电场的二次方成正比的被称为二次电光效应或克尔(Kerr)效应；本发明只涉及线性电光效应或普克尔(Pockels)效应。一般而言，在电场的作用下晶体折射率的改变并不太大，但是这足以引起光在晶体介质内部的传播发生改变，从而可以通过电场来达到控制或调制光场的目的。

2、电光晶体X/Y方向，是电光晶体的物理学轴的X/Y轴方向。