[发明专利]一种基于体布拉格光栅的主动调Q方法

说明书

一种基于体布拉格光栅的主动调Q方法，属于固体激光技术领域。将体布拉格光栅与激光工作介质、泵浦源、谐振腔腔镜(或者在激光工作介质端面直接镀膜作为谐振腔腔镜)构成一个激光器谐振腔。利用透射式体布拉格光栅的角度选择性或者反射式体布拉格光栅的频谱选择性，通过利用外部调制方法，使体布拉格光栅对谐振腔振荡激光的衍射效率发生周期性变化，实现谐振腔腔内损耗的主动控制，从而实现谐振腔Q值的主动调制，实现主动调Q。本发明所述的方法，由于体布拉格光栅厚度较薄，且谐振腔内不需要插入偏振片等其他元件，因而可以有效缩短谐振腔长度，实现短谐振腔长度的主动调Q，获得脉冲宽度较窄的激光输出。

技术领域

本发明涉及一种基于体布拉格光栅的主动调Q方法，属于固体激光技术领域。

背景技术

脉冲调Q固体激光器由于峰值功率高，在激光雷达、远程探测、激光非线性应用、激光加工等领域都有非常广泛的应用需求。

目前，采用主动调Q的方法获得激光脉冲主要包括电光调Q方法和声光调Q方法，将电光器件或声光器件放置于激光器谐振腔腔内，通过控制谐振腔内振荡光的偏振态(电光调Q)和强度(声光调Q)，从而控制谐振腔内部的损耗，实现对腔内Q值的主动调制，获得调Q脉冲。但由于谐振腔内插入了具有一定长度的调Q元件(通常长度为几十毫米)，增加了谐振腔的长度，因而影响了输出激光的脉冲宽度，输出激光脉冲宽度较宽，通常为几个纳秒到几十纳秒。为了获得脉冲宽度为纳秒或者纳秒以下的窄脉冲调Q激光输出，目前通常采用微片激光器被动调Q的方法，利用较薄的可饱和吸收材料作为被动调Q元件(如：掺杂Cr⁴⁺的晶体、半导体可饱和吸收镜SESAM、石墨烯等可饱和吸收材料)，实现较短的谐振腔长度。但被动调Q与主动调Q激光器相比，由于受可饱和吸收体漂白过程不可控等因素的影响，输出激光脉冲的频率稳定性和强度稳定性较差。为了提高被动调Q微片激光器的稳定性，国内外研究人员提出了多种方法，主要包括：预抽运技术、可饱和吸收体主动漂白技术、自种子注入技术和混合调Q技术等。这些技术通过增加外部调制手段，降低激光脉冲的时序抖动，但同时也使得激光器变得更加复杂，限制了应用范围。

发明内容

本发明的目的在于利用体布拉格光栅作为调Q器件，实现短腔长主动调Q，获得窄脉冲激光输出的一种新方法。

本发明的特征在于，利用体布拉格光栅的选模特性实现主动调Q，包括利用透射式体布拉格光栅的角度选择性或者反射式体布拉格光栅的频谱选择性。通过外部调制方法(例如，在体布拉格光栅上施加调制电压，或者利用驱动器使体布拉格光栅的角度发生周期性变化，或者在体布拉格光栅之前加入光学元件使谐振腔振荡光光轴相对于体布拉格光栅的角度发生周期性变化，或者其他方式的外部调制方法)，使体布拉格光栅对谐振腔振荡激光的衍射效率发生周期性变化，实现谐振腔腔内损耗的主动控制，从而实现谐振腔Q值的主动调制，实现主动调Q。

进一步，本发明所述的基于体布拉格光栅的主动调Q方法，将体布拉格光栅与激光工作介质、泵浦源、谐振腔腔镜(或者在激光工作介质端面直接镀膜作为谐振腔腔镜)构成一个激光器谐振腔。由于体布拉格光栅厚度较薄(为毫米级的，只有几毫米，最薄可以小于1毫米)，且谐振腔内不需要插入偏振片等其他元件，因而可以有效缩短谐振腔长度，实现短谐振腔长度的主动调Q，获得脉冲宽度较窄的激光输出。

体布拉格光栅选自透射式体布拉格光栅或/和反射式体布拉格光栅。

对于透射式体布拉格光栅，入射角度相对于光栅的布拉格角度不同的激光，光栅对激光的衍射效率不同(称为光栅的角度选择性)。在包含透射式体布拉格光栅的谐振腔中，通过外部调制方法改变谐振腔内振荡光与光栅的布拉格角度之间的偏移量(例如，通过外加调制电压使光栅的布拉格角度发生偏移，或者利用驱动器使光栅的角度发生周期性变化，或者在光栅之前加入光学调制元件使谐振腔振荡光相对于光栅的角度发生周期性变化等方法)，使光栅衍射效率发生周期性变化，可以实现谐振腔腔内损耗的主动控制，从而实现谐振腔腔内Q值的主动调制，实现主动调Q，输出调Q激光脉冲。