[发明专利]一种调Q激光脉冲波形调整方法

说明书

本发明属于激光技术领域。

由于调Q激光器具有峰值功率高，脉冲宽度窄的特点，因而其应用领域日趋广泛。与此同时，对调Q激光器的性能要求也愈来愈高，比如要求脉冲宽度更窄，而且在许多应用场合要求脉冲宽度可以连续调节，等等。

对调Q过程的理论分析表明，调Q激光器的输出峰值功率和脉冲宽度取决于Q开关的启闭速度、腔增益及腔损耗。因此，人们最先采用的压缩脉宽的方法主要包括加快Q开关开启速度，以及选用优质激光工作物质材料，增加泵浦功率和降低腔损耗等等。这些方法的优点在于能够在压缩脉宽的同时增加峰值功率，而缺点则是实现困难。实际上，应用上述方法压缩脉宽基本上已无潜力可挖。因此，要进一步压缩脉宽就必须在调Q机理上进行开发研究。

目前，国外采用的压缩Q脉冲宽度的方法主要有US-4477905和US-4174504所描述的腔倒空的方法，以及美国《光学通讯》杂志（Optics    Communications）Vol.40·No·4第298页所描述的自注入方法。这两种方法在理论上说都是有效的。自注入锁定技术还可以连续调节激光Q脉冲宽度。但是，它们的缺点是太复杂而且极易受外界干扰，现在不可能实际应用。另外，JP-61015384描述了一种调节声光调Q脉冲宽度的方法，但这种方法只能得到比普通调Q脉冲宽度更宽的脉冲，即不能压缩脉冲宽度。

综上所述，本发明的目的在于研究一种简便易行的压缩并连续调节Q脉冲宽度的技术方法。

本发明的内容包括：

普通调Q激光器的原理是在泵浦开始时使谐振腔处于低Q值状态（即关闭Q开关）。使腔内增益低于损耗，阻止光振荡的形成，从而使泵浦能量储存在激活介质中。当储能达到最大值时，突然使谐振腔处于高Q值状态（即开启Q开关）。此时，增益远远大于损耗，储存在激活介质中的能量迅速以一个巨脉冲的形式输出。

在Q开关开启后，Q脉冲输出过程中重新关闭Q开关，从而改变激光器谐振腔的工作状态，使Q脉冲的波形得到调整。Q开关重新关闭的时刻可以是在Q脉冲达到峰值的同时，并使Q开关重新处于最大可能关闭状态，Q脉冲波形后沿快速衰减，达到压缩Q脉冲宽度的目的。本发明可以通过调节Q开关重新关闭后的损耗系数或通过调节Q开关重新关闭的时间来调节Q脉冲后沿的衰减速度，使Q脉冲宽度得到连续调节。本发明还可以调节Q脉冲的峰值功率，在Q脉冲达到峰值之前就使Q开关恢复到高损耗态，则Q脉冲就不能达到峰值，通过，调节Q开关重新关闭的时间就可以调节Q脉冲所能达到的最大值，此时，在泵浦功率恒定条件下、可以连续调整峰值功率。采用此种方法调节Q脉冲峰值功率的特点在于既便于自动控制，又在调节峰值功率时可以不必调节泵浦功率，这一点对于固体激光器特别有用，因为样就可以保证其横向输出模式不变。

通过理论分析，我们发现调Q巨脉冲的后沿半宽度总是远远大于前沿半宽度。事实上，调Q 巨脉冲的脉冲宽度主要是由后沿半宽度组成的。这是由于为了保证调Q巨脉冲的峰值功率尽可能大，我们总是将腔内的损耗（不包括输出镜透过损耗）尽可能作得很小。这虽然有利于脉冲峰值功率的增加，可以使调Q巨脉冲的前沿尽可能快地上升，但同时却不利于脉冲后沿的衰减，使得调Q巨脉冲的后沿拖得很长。事实上，脉冲后沿的这部分能量在很多场合下是没有什么用处的。特别在激光加工等场合下，它的存在有时是很不利的。因此，将调Q巨脉冲的后沿衰减掉是必要的。而采用本发明的压缩脉宽方法即可达到这一目的，而且还可以在较大范围内连续调节Q脉冲宽度，同时又保证调Q巨脉冲的峰值功率不变。另外，采用本发明的方法，还可以在保证激光横向模式不变的前提下连续调整Q脉冲的峰值功率。

本发明的优点在于：

压缩脉宽范围大。因为调Q巨脉冲宽度的后沿是组成其脉宽的主要部分，而本发明的方法则可迅速衰减其后沿部分，从而在较大范围内压缩脉宽;

解决了调Q巨脉冲后沿与前沿（峰值功率的主要成分）的矛盾。因为Q脉冲前沿和峰值功率要求腔损耗尽量小，而其后沿则要求腔损耗尽量大，本发明既保持了前沿部分，又压缩了后沿部分，妥善地解决了这一矛盾;

压缩脉宽的同时可保持峰值功率不变，由于本发明是在脉冲达到峰值后才使Q开关重新关闭的。因此，对Q脉冲的前沿形成过程无任何影响，所以不会影响峰值输出功率;

简便、易行、可靠、适应性强。本发明可以适用于一切调Q形式，特别是在激光微加工和激光测距等领域效果更佳。

附图说明和实施例