[发明专利]自动跟踪选单纵模、调Q与锁模方法

说明书

本发明是激光技术中的单纵模选择、Q开关与锁模技术。

已有技术中，美国利弗莫尔（Livemoce）实验室用共振反射器选激光单纵模，声光Q开关调Q、用腔长自动反馈补偿系统不断修正腔长来确保长时间单纵模运转，见图-（D.J.Kuizenga，IEEE    J.Quant.Eletcon，Vol.QE-17，NO.9.P1694-1708，1981）。其缺点是结构复杂，它采用的腔长自动反馈补偿系统是一种高灵敏度，快响应的电子学系统。其不仅成本高，而且抗电干扰能力差。目前的锁模技术仍采用饱和吸收体或声光调制器为锁模元件，饱和吸收体的主要缺点是稳定性和可靠性差，它的分子无规涨落的特性，决定了锁模脉冲质量差稳定性差，而且在强光辐射之下，其分子容易分解，所以难以进行长期可靠的锁模激光输出，声光锁模调制器的主要缺点则是，调制深度太低，要求腔长匹配精度高。

本发明的目的为克服上述缺点，发明一种自动跟踪选单模、调Q和锁模的方法。

本发明的方法是采用光电导开关（包括它需要的高压电源），电光开关（或称普克尔盒）和电阻构成一种快速的反馈回路，见图二。

当激光束照射光电导开关时，光电导开关的电阻值迅速减小，这时将产生一个电流脉冲，这个电流脉冲经过与光电导开关串联的电阻R形成反馈电压V_R，这个反馈电压V_R加到电光开关-普克尔盒的一个电极上，这时加在普克尔盒上的有效电压V_ef将减少。因为加在普加尔盒上的有效电压V_ef等于加在普克尔盒上的偏压V_b（加在另一电极上）减去反馈电压V_R，即为加在普克尔合两个电极上的电压差，V_ef＝V_b-V_R。如果照射光越强，光电导开关的电阻值将越小，产生的电流脉冲将越大，反馈电压V_R也就越大，加在普克尔盒上的有效电压V_ef将越小，假设照射光电导开关光强相同，改变电阻R的阻值，则阻值越大的电阻产生反馈电压V_R也越大，加在普克尔盒开关上的有效电压也越小，如果将电光开关放置在激光器的谐振腔内，用起偏振器反射出的光照射光电导开关，上述系统可实现单纵模自动选择和调Q，另外还可以实现锁模。

本发明最好应用于固体激光器中，其棒状工作物质的端面与棒轴垂直，而且两端面平行度之差＜αⁿ（两端面最好不镀增透膜），这样使得激光器工作时，各振荡纵模具有不同增益和起始振荡时间（这样的工作物质等效于F-P标准具），当增益最大的纵模首先振荡时，由于起偏振器的反射，部分光将照射到光电导开关上，它产生反馈电压V_R，使得加在普克尔盒上的有效电压V_ef减小。由于V_ef的减小，激光腔内损耗也减小，腔内净增益增加，这个振荡纵模的光强被放大;它的光强被放大后，起偏振器反射的光强也增加，这时照射在光电导开关上的光更强，反馈电压V_R更大，加在普克尔盒上的有效电压V_ef更小，腔内损耗进一步减小，这个纵模光强放大得更强。如此循环下去，一个正反馈回路形成。由于本发明所选用光电导开关的材料响应时间快（小于10ns），所以正反馈回路能够自动跟踪此时产生的激光振荡纵模，至此单纵模选择完成。随着这个纵模功率不断增大，当反馈电压V_R使得普克尔盒上的有效电压V_ef减小到“零”电压（即V_R＝V_b）时，这个纵模功率增长到它的最大值P_mex则调Q脉冲形成，调Q脉冲宽度可以通过改变电阻R的阻值控制腔内增益变化的快慢来实现，如果将激光棒成小角度切割，设置腔长使激光脉冲与整个反馈控制系统时间上同步，并进一步减小电阻R的阻值，即可实现锁模。

当光电导开关上的反馈电压V_R高于偏压V_b时，整个反馈回路将由正反馈状态自动过渡到负反馈状态，然后再由负反馈状态转变为正反馈状态，这样正负反馈不断地交替转换，最终使得整个反馈回路钳制在一个稳定状态，实现了稳态锁模。