一種提高激光轉盤斬波調q性能的裝置及調q激光器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光技術領域，具體涉及一種提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置及調Q激光器。
【背景技術】
[0002]激光調Q是產生窄脈沖和高峰值功率激光的主要技術方法之一。轉盤斬波調Q相較于電光、聲光以及被動調Q方式，具有關斷效果好、結構簡單、無附加吸收損耗和無用損耗、無波長及偏振選擇性、可承受較高功率的優點。
[0003]1996 年，Chin-Lin Chen 在《Elements Of Optoelectronics And Fiber Optics》一書中表明了激光機械斬波轉盤(Rotat1n Chopper)調Q的方法,是指在激光腔內插入一個轉動的斬波轉盤，斬波轉盤由高速電機帶動，其邊緣有若干狹縫或小孔，當斬波轉盤阻擋光路時，反轉粒子數積累，當斬波轉盤的通光孔與光路重合時，激光振蕩形成，積累的反轉粒子數在短時間內形成一個激光Q脈沖，從而實現激光調Q。但此方法對于大孔徑、高能量、激光建立時間快的激光器實行轉盤斬波調Q時存在缺陷:若取通光孔的直徑大于激光介質的直徑(通常選擇)，會導致Q開關的開啟時間增大，不利于實現激光調Q的快開關過程；若取通光孔的直徑小于激光介質的直徑，雖然可減小Q開關的開啟時間，但會增加激光功率的無用損耗，減小激光振蕩的模體積，激光介質儲備的能量不能充分被利用。因此在2000年，葉小華等在《新型激光器機械調Q的分析與研究》一文中提出了兩種改進方法:方法一是在激光諧振腔內附加正透鏡，并在激光諧振腔內實焦點處進行斬波調Q ;方法二是在折疊腔中，由雙凹共焦腔形成實焦點，同樣是在腔內實焦點處進行斬波調Q。這兩種方法雖然可以減小斬波轉盤通光孔的直徑，在電機轉速不變的條件下，使Q開關的開關時間縮短，但在實際應用中仍然存在以下問題:激光諧振腔內存在實焦點對轉盤斬波產生嚴重影響，特別是在大功率情況下，腔內光強太強，容易產生光頻擊穿現象，破壞激光振蕩條件，導致激光器沒有輸出，嚴重時會損傷光學元件或者斬波轉盤。
【發明內容】
[0004]針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明的目的在于提供一種提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置及包含該裝置的調Q激光器，裝置利用伽利略式望遠鏡裝置在激光諧振腔內的光束壓縮作用，減少Q開關的開關時間，提高激光Q脈沖的重復頻率，使得激光的模體積被充分利用，同時未在激光諧振腔內產生實焦點，避免產生光頻擊穿現象；并且可以采用同一個斬波轉盤裝置，實現多路同步調Q，并利用伽利略式望遠鏡在激光諧振腔外的激光合束作用，實現多路調Q脈沖激光的峰值功率疊加。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是，提供一種提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置，用于使激光器產生窄脈沖、大能量調Q激光，所述裝置包括:
[0006]位于激光器諧振腔內部用于壓縮激光光束直徑的第一伽利略式望遠鏡裝置和/或位于激光器諧振腔外部用于合并多路激光光束的第二伽利略式望遠鏡裝置；
[0007]位于激光器諧振腔內部用于對壓縮直徑后的激光光束進行調Q的轉盤斬波調Q器件。
[0008]在本發明所述的提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置中，所述第一伽利略式望遠鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發散透鏡，所述會聚透鏡為凸透鏡、等效熱透鏡的激光介質、凸曲率端面激光介質中的任一種，所述發散透鏡為凹透鏡或凹曲率端面激光介質；所述第二伽利略式望遠鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發散透鏡，所述會聚透鏡為消彗差凸透鏡，所述發散透鏡為凹透鏡。
[0009]相應地，本發明還提供了一種提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置，用于使激光器產生窄脈沖、大能量調Q激光，所述裝置包括:
[0010]位于激光器諧振腔內部用于壓縮激光光束直徑的第一伽利略式望遠鏡裝置和/或位于激光器諧振腔內部用于壓縮任意相鄰調Q脈沖激光光束的空間間距的第三伽利略式望遠鏡裝置；
[0011]位于激光器諧振腔內部用于對壓縮直徑后的激光光束進行調Q的轉盤斬波調Q器件。
[0012]在本發明所述的提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置中，所述第一伽利略式望遠鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發散透鏡，所述會聚透鏡為凸透鏡、等效熱透鏡的激光介質、凸曲率端面激光介質中的任一種，所述發散透鏡為凹透鏡或凹曲率端面激光介質；所述第三伽利略式望遠鏡裝置中目鏡為會聚透鏡，物鏡為發散透鏡，所述會聚透鏡為凸透鏡，所述發散透鏡為凹透鏡。
[0013]相應地，本發明還提供了一種調Q激光器，包括激光諧振腔、位于激光諧振腔內的用于產生激光光束的激光介質，所述激光器還包括上述提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置。
[0014]在本發明所述的調Q激光器中，激光介質只有一個時，所述激光諧振腔依次包含有全反鏡、轉盤斬波調Q器件、第一伽利略式望遠鏡裝置、激光介質、輸出鏡，所述輸出鏡與全反射鏡的位置可以互換；所述第一伽利略式望遠鏡裝置用于壓縮激光諧振腔內的光束直徑，以減少Q開關時間和提聞Q脈沖重復頻率。
[0015]在本發明所述的調Q激光器中，激光介質大于一個時，所述激光諧振腔依次包含有全反鏡、激光介質、轉盤斬波調Q器件、輸出鏡；各路激光諧振腔與轉盤斬波調Q器件中斬波轉盤通光部位的分布相對應，呈圓周陣列等間距分布，當斬波轉盤轉動時，對多路激光進行同步調Q，第二伽利略式望遠鏡裝置設置于激光諧振腔外，由各路激光諧振腔共用，用于將多路激光諧振腔輸出的激光合并成單路激光，實現非相干光波疊加輸出；激光介質大于一個時，對于多路激光同步調Q的情況，各路激光諧振腔內增設第一伽利略式望遠鏡裝置用于壓縮各路激光光束直徑。
[0016]相應地，本發明還提供了一種調Q激光器，包括激光諧振腔、位于激光諧振腔內的用于產生激光光束的激光介質，所述激光介質大于一個且為偶數，所述激光器還包括上述提高激光轉盤斬波調Q性能的裝置。
[0017]在本發明所述的調Q激光器中，所述激光諧振腔依次包含有多面體棱鏡、激光介質、轉盤斬波調Q器件、第三伽利略式望遠鏡裝置、輸出鏡；多面體棱鏡用于折疊激光諧振腔，各路激光諧振腔與斬波調Q器件中斬波轉盤通光部位的分布相對應，呈圓周陣列等間距分布，當斬波轉盤轉動時，對多路激光進行同步調Q ;第三伽利略式望遠鏡裝置設置于激光諧振腔內，由各路激光諧振腔共用，用于壓縮任意相鄰調Q脈沖激光光束的空間間距，實現準相干光波疊加輸出；激光介質大于一個時，對于多路激光同步調Q的情況，各路激光諧振腔內增設第一伽利略式望遠鏡裝置用于壓縮各路激光光束直徑。
[0018]因此，本發明可以獲得以下的有益效果:通過在激光諧振腔內設置第一伽利略式望遠鏡裝置，光束壓縮之后激光諧振腔內不產生實焦點，可以避免光頻擊穿；激光諧振腔內的光束經過第一伽利略式望遠鏡裝置，出射光為直徑減小一個數量級的平行光束，可以減少斬波轉盤通光孔的直徑，縮短Q開關的開關時間，有利于產生窄脈沖寬度的調Q激光；利用伽利略式望遠鏡裝置的特性，使得激光介質的模體積得到充分利用，有利于調Q脈沖能量的充分釋放，從而獲得窄脈寬、大能量的調Q激光；轉盤上的通光孔可以起到孔徑光闌的作用，光束通過孔徑光闌時，光束邊緣部分的高階模因光闌的阻擋受到損耗而被抑制掉，這種結構既保持了孔徑光闌的橫模選擇特性，又擴大了基模體積，可提高激光的光束質量；通過斬波轉盤，可進行N路激光同時斬波調Q，即使在高重復頻率下，也可以保證同步輸出N路激光Q脈沖；多路激光同步調Q時，多路激光由激光諧振腔外的第二伽利略式望遠鏡裝置合并成單路非相干光輸出，若各路激光參數相同，N路調Q激光經過合束之后的功率為單路調Q激光功率的N倍；激光介質大于一個且為偶數時，還可利用多面體棱鏡和位于激光諧振腔內的第