在一个声光器件中同时实现激光调Q锁模的方法及行——驻波双功能声光器件

摘要

在一个声光器件中同时实现激光调Q锁模的方法及用于该方法的行——驻波双功能声光器件。该方法是在同一个介质中建立行波和驻波二维超声场，当光线沿着分别与行波和驻波波面成布喇格角的方向入射时，在二个方向产生布喇格衍射，在激光器中同时起调Q和锁模作用。该声光器件由声光介质、驻波换能器、行波换能器、吸声材料匹配网络和高频插座组成。本发明可提高连续Nd:YAG调Q/锁模激光器的输出功率，降低制造成本，扩展应用范围。

说明书

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本发明属于激光器类。

连续Nd：yAG调Q/锁模激光器是产生较高峰值功率的微微秒（10^-12秒）超短激光脉冲的重要方法。由于该激光器具有较高的稳定性和脉冲重复率高、寿命长等优点，因而成为当前瞬态光谱学、激光化学、激光生物学等领域的重要研究工具，同时还可直接应用于激光医疗和光导纤维测试等。但是由于这种激光器腔内插入件多，仅声光器件就有四个反射面和二个吸收体，所以腔内损耗大，使该激光器输出的超短光脉冲序列的平均功率一般都比较低。因此，提高这种激光器的平均功率和扩大其应用范围，是当前国内外研究的发展趋势。

现有的单功能声光器件分别为Q开关声光器件和锁模声光调制器，只能在每一个介质中建立一维超声场，即Q开关声光器件在一个声光介质内建立一维行波场，锁模声光调制器在另一个声光介质内建立一维驻波场。当这二种声光器件分别插入激光腔内不同位置并满足各自不同的入射条件时，才能实现同时调Q锁模运转。目前国外制造连续Nd：yAG调Q/锁模激光器的主要公司是美国的Spectra-Physics公司和Quantronix公司，他们均采用在激光谐振腔内同时插入两个单功能声光器件，即行波声光Q开关和驻波声光锁模调制器，来达到同时调Q/锁模运转的目的。这种声光器件由于材料昂贵，工艺复杂、难度大，成品率不高，因而价格较高，每只声光器件折合人民币5000元以上。

本发明的目的在于减少激光腔内插入件损耗，提高连续Nd：yAG调Q/锁模激光器的输出功率，降低激光器的成本。

本发明的内容是：

1.在同一介质中建立行波和驻波二维超声场。可以在声光介质的X方向（见图1）建立行波超声场，在与X方向正交的y方向建立驻波超声场。光线可以沿着分别与行波波面和驻波波面形成布喇格角（Bragg）的方向入射，在X和y二个方向产生布喇格衍射，在激光器中同时起调Q与锁模的作用。

2.用于激光调Q锁模方法的行-驻波双功能声光器件。该声光器件是由声光介质、驻波换能器、行波换能器、吸声材料、高频插座组成，高频插座装在声光器件二侧，行波换能器与驻波换能器的射频驱动信号分别通过高频插座输入，声光器件的匹配网络采用金属隔离屏蔽，该匹配网络可以由微调电容器、环形铁芯电感组成且与行波换能器和驻波换能器的引出线相连。在位于驻波换能器对面的底座上还有一个空气隙。

本发明的优点在于：

1.由于用了一个双功能声光器件代替通常的两个单功能声光器件，使连续Nd：yAG调Q/锁模激光器的腔内总的插入光损耗减少约30%，从而使这类激光器的输出功率大幅度提高，大大扩展了其应用范围。

2.本发明由于只采用一个声光器件，因此使激光器的制造成本大大降低。

附图说明及发明实例：

图1为二维声光器件示意图。

图2为二维声光器件作用原理图。

图3为二维声光器件结构图。

（1）为石英玻璃（融凝石英）声光介质，该声光介质与Z轴正交的两个平面为通光面，在介质的两个相互垂直的侧面粘结或铟焊着驻波换能器（2）和行波换能器（3）。换能器是两片极化方向相反的36°Y切LN晶片，在其背面的电极需倾斜一个布喇格角。与行波换能器（3）相对的介质面有一个倾斜倒角，并涂有一层适当厚度的铅橡胶吸声材料（4）;与驻波换能器（2）相对的介质面是一个平行度与平整度均较好的表面，并在与其粘结的金属底座上开一空气隙槽（9），这样有利于驻波超声场的形成。

当入射光沿图2中A、B两平面的交线入射时，若声光作用长度L大于特微长度，将会分别在^xoz_yoz平面上同时产生具有较高衍射效率的布喇格衍射。入射光可以通过声光器件的固定小平台进行方位和俯仰角微调，以达到α＝ψ＝θ_B（布喇格角）。调整激光器的物理腔长α，使其与驻波调制频率f满足锁模条件：f＝>

在声光器件二侧装有高频插座（5），在同轴电缆与二个换能器之间设置有阻抗匹配网络，匹配网络由微调电容（6）、环形铁芯电感（7）组成，该网络与行波换能器和驻波换能器的引出线（10）相连。为了防止两个频射电源的交叉耦合调制干扰而导致两个超声场的交又干扰，分别在两组匹配网络上加金属屏蔽罩，金属屏蔽罩由屏蔽挡板（11）和冂形薄金属盖板（12）组成。

图4为行-驻波双功能声光器件对He-Ne激光的二维衍射光斑图。

其中a为O级光斑;b为行波场一级布喇格衍射光斑;C为驻波场一级布喇格衍射光斑;d为b光束受驻波场衍射的光斑与C光束受行波场衍射的光斑相叠加。由于实际用的是O级光调Q和锁模调制，所以b、C光束的进一步衍射不会对调Q、锁模造成干扰。行波场与驻波场的衍射效率均可大于50%，完全满足稳定调Q锁模的要求。

使用一台连续泵浦的Nd：yAG激光器，腔长650mm，平凸垫稳腔，yAG棒φ5×80，质量中等，在没有插入声光器件时，其输入的阈值功率为1000瓦，当增大输入泵浦功率时可获得最大的连续TEM_oo模激光输出14瓦。若插入一个双功能声光器件，其阈值为1680瓦，可获得最大TEM_oo模激光输出约为5瓦，当同时插入两个相同声光介质的单功能声光器件时，阈值提高到2380瓦，最大的TEMoo模激光输出小于1瓦。可见采用双功能声光器件将大大提高连续Nd：yAG调Q/锁模激光器的输出特性。