[发明专利]色心YAG晶体调制器

说明书

本发明色心YAG晶体调制器属于光电技术领域。

现有的调制器主要用做Q开关，现有的Q开关有声光Q开关、电光Q开关，有机染料开关和色心LIF晶体Q开关等四种类型。声光Q开关和电光Q开关为主动调制元件，必须用专用的电源驱动才能工作。有机染料Q开关和色心LIF晶体Q开关在结构和原理上与本发明色心YAG晶体调制器最接近，同属被动调制元件，工作时无须加任何驱动电源。

有机染料Q开关根据不同使用要求可以有多种结构形式。将具有可饱和吸收特性的染料(如Eastman 14015)溶于200％的氯乙烷溶液中，配制成钕激光器的Q开关溶液。装入有通光窗口的玻璃盒中，密封后制成Q开关染料盒；也可将染料掺入透明的塑料中压制成Q开关染料片。由于染料盒和染料片的有机染料受热和经紫外线照射后易分解，有机染料的光学密度会降低，因此必须定期更换，使用不变。

色心LIF晶体Q开关利用色心LIF晶体制成，其饱和吸收激光波长为1微米左右，与本发明色心YAG晶体调制器基本相同，外形结构为板、块和柱状。但色心LIF晶体浓度不稳定，受热和长时间存放浓度降低，使Q开关性能发生变化，因此色心LIF晶体Q开关的应用受到一定限制。

经光谱分析和激光试验发现掺杂色心YAG晶体具有饱和吸收特性。其饱和吸收激光波长为1微米左右，其机械强度高，热和光稳定性好，是代替有机染料Q开关和色心LIF晶体Q开关制作钕激光器Q开关和Q开关锁模元件的理想材料。

本发明色心YAG晶体调制器利用掺杂色心YAG晶体的可饱和吸收特性制成。现结合图1图2对本发明叙述如下：

图1用于低平均功率的色心YAG晶体调制器。

图2用于高平均功率的色心YAG晶体调制器。

当本发明色心YAG晶体调制器运行时，本身的发热功率较小时，选用图1的结构形式，即色心YAG晶体调制器由一定尺寸的掺杂色心YAG晶体构成，置于钕激光器谐振腔内靠近全反射镜的一端。

掺杂色心YAG晶体的通光端截面略大于激光工作物质的截面积；根据激光脉冲半宽度选择掺杂色心YAG晶体材料的初始透过率，由初始透过率选择通光长度L。一般所需的激光脉冲半宽度越窄，则掺杂色心YAG晶体初始透过率越低，通光长度L也越长。

为使掺杂色心YAG晶体在激光波长1微米左右具有可饱和吸收特性，必须经着色处理，即在空气中，将掺杂色心在空气中加热到600℃至1600℃高温后，自然冷却至常温。

将掺杂色心YAG晶体切割成所需尺寸后，两通光端面研磨抛光，前通光端面镀增透膜，后通光端面镀增透膜或全反射膜。

当本发明色心YAG晶体调制器运行时本身发热的功率较大时，选用图2的结构形式，即掺杂色心YAG晶体置于冷却套内，将用水冷或风冷，主要由掺杂色心YAG晶体、晶托和冷却套三大部分构成。

掺杂色心YAG晶体3的尺寸选取和处理工艺同用于低平均功率的色心YAG晶体调制器的掺杂色心YAG晶体，当冷却采用水冷时，后通光端面的全反射膜上，用蒸发、喷涂等方法加防水层，形成全反射膜防水层5。

晶托由前接头1和晶体座2构成，前接头1和晶体座2的轴线上开有通光孔，其截面积略大于掺杂色心YAG晶体3的通光端截面积，激光工作物质的截面积小于前接头1和晶体座2的通光孔截面积。前接头1和晶体座2的通光孔轴线与掺杂色心YAG晶体3的通光轴线相重合。掺杂色心YAG晶体3与晶体座2，以及晶体座2与前端头1间用防水胶固定和密封。前接头1与晶体座2材料为金属。

冷却套由外壳4、喷咀6、出咀7和入咀8构成，之间用防水胶固定和密封。将用水冷或强迫风冷，从入咀8进入，经喷咀6喷射在掺杂色心YAG晶体3的全反射膜防水层5上，达到冷却目的，最后由出咀7流出。喷咀6的轴线与掺杂色心YAG晶体3的通光轴线重合。外壳4、喷咀6、出咀7和入咀8的材料为金属。

本发明色心YAG晶体调制器按图1和图2结构可制成单和多激光脉冲输出的Q开关，也可制成钕激光器的Q开关，由于热和光稳定好，能长期安全可靠工作。完全可代替有机染料和色心LIF晶体Q开关，在冷却条件下，输出激光脉冲平均功率超过50W，可与电光Q开关和声光Q开关相比。可用于激光打孔、划片、测距和医疗等方面。