腔内无附加插入元件损耗可调制激光器

摘要

本发明公开了一种创新的腔内无附加插入元件损耗可调制激光器。该激光器包括激光输出镜、代替激光全反镜的反射率可调复合反射器及工作介质。复合反射器的反射率由光耦元件与反射棱镜间的空气间隙厚度决定,通过控制复合反射器的反射率可实现对激光谐振腔内损耗的调制,达到了激光调Q输出和激光调制输出的目的。该激光器提高了调Q激光器的效率和抗激光损伤能力,激光器的抗失调能力强,稳定性好,调腔方便,便于使用,适用面广。

说明书

本发明涉及一种腔内损耗可调制激光器。

激光腔内损耗调制技术的发展和应用，是激光发展史上一个重要突破。通过调制激光谐振腔内的损耗，可把激光能量压缩在宽度极窄的脉冲中发射，使光源的单色亮度提高几个数量级。现有激光调制技术可分为三类：一是控制激光电源，实现激光输出的调制，如半导体激光器。该方法简单易行，价格便宜，但目前仅适合半导体激光器中。二是在激光谐振腔内放置调制元件，用传递信息控制调制元件物理特性的变化，以改变谐振腔的损耗，从而实现对输出激光的调制。如电光调Q、声光调Q、可饱和吸收体被动调Q等。这些器件插入在激光谐振腔内，无疑增加了激光谐振腔的损耗，也使得光路复杂，效率低，易受强激光损伤，且价格高，使用不方便。三是全反射镜偏转调制的转镜调Q，但在实施中调整困难，且调Q稳定性差，效率低，转动机构复杂，体积大，笨重。

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，而提供一种损耗可调制激光器，无需在激光谐振腔内加入任何调制元件，而解决激光谐振腔调Q或激光输出调制的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：该激光器包括激光输出镜、激光工作介质和反射率可调制的复合反射器，复合反射器安装在激光谐振腔的一端，由控制元件、光耦元件和反射棱镜组成，反射棱镜是直角屋脊棱镜或是三面直角角锥棱镜，光耦元件置于反射棱镜的全内反射面外侧，控制元件与光耦元件相结合，控制光耦元件与反射棱镜的全内反射面之间的间隙，实现复合反射器的反射率调制。

本发明的优点是：

1.无调制元件的插入损耗，降低了激光阈值，提高了激光器的效率。

2.无调制元件置于激光谐振腔内，使得光路简单，便于使用。

3.复合反射器调Q的抗激光损伤能力强，能应用于连续和脉冲高功率激光器，实用面广。

4.复合反射器中的反射棱镜构成的激光谐振腔，抗失调能力强，稳定性高，激光器可在强振动的环境下正常运转。

5.复合反射器能在紫外到中红外波长工作。

图1～图9是本发明九种实施例的结构简图。

图10是反射率可调制复合直角屋脊棱镜反射器示意图。

图11是反射率可调制复合三面直角角锥棱镜反射器示意图。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

由图1，控制反射棱镜2一外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射棱镜2及工作介质8。反射棱镜是有两个全反射面的直角屋脊棱镜或是有三个全内反射面的三面直角角椎棱镜。光耦元件3置于腔外，在反射棱镜2的全内反射面外侧，可保持接触或保持较小间隙，由折射率大于1，且能透过或吸收激光辐射的材料制成。控制元件4为电致伸缩控制元件或压电微位移器控制元件，与光耦元件3相结合。当控制元件4与电源6接通以后，即发生改变，从而使光耦元件3与反射棱镜2之间的空隙厚度发生改变。支架5固定在激光头的底座上，用于支撑控制元件4。

当光耦元件3与反射棱镜2一个全内反射平面的空气间隙大于或等于一个激光辐射波长时，激光在该反射棱镜2里的激光能量将发生全反射，入射到反射棱镜2里的激光能量将按入射方向全部返回，再经激光输出镜1反射，形成激光腔内振荡，此时腔内的损耗最小。当光耦元件3与反射棱镜2一个平面的空气间隙小于一个激光辐射波长时，该棱镜面的反射条件将发生变化，激光在反射棱镜2中将不会发生全反射，部分激光能量将从反射棱镜2中透射出来。光耦元件3与反射棱镜2间的空气间隙越小，透过的激光辐射越大。此时，激光谐振腔处于高损耗状态。

由于调节光耦元件3与反射棱镜2之间的空气间隙，可使反射棱镜2的反射率从0至100％变化，因而将控制元件4，光耦元件3和反射棱镜2一起称为反射率可调的复合反射器。复合反射器由控制元件4，光耦元件3和反射棱镜2构成，安装在激光谐振腔的一端，取代谐振腔的全反镜。通过控制复合反射器的反射率，即可达到控制激光谐振腔腔内损耗的目的。若控制复合反射器的反射率与外部调制信号同步，则激光谐振腔的损耗也随外部调制信号变化，从而实现对谐振腔输出激光的调制。若控制复合反射器的反射率，使激光谐振腔的Q值在激光振荡的建立时间内发生变化，则可实现对激光谐振腔的调Q，输出巨脉冲。

由图2，控制反射棱镜2两个外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1，反射棱镜2及工作介质8。在腔外，反射棱镜2的两个全内反射面外侧分别设置光耦元件3、3’及控制元件4、4’，光耦元件3与控制元件4相结合，光耦元件3’与控制元件4’相结合。支架5固定在激光头的底座上，用于支撑控制元件4及4’。复合反射器由反射棱镜2，光耦元件3、3’，控制元件4、4’构成。

由此类推，对有三个全内反射面的三面直角角锥棱镜，可放置三个光耦元件。

由图3，控制反射棱镜2一外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射镜7、反射棱镜2及工作介质8。复合反射器由反射棱镜2、光耦元件3、控制元件4构成。该复合反射器安装在谐振腔一端，作为转折光路且反射率可调制的反射镜，通过调节空气间隙，可使棱镜的反射率在0～100％范围内可调，实现激光器调Q或输出激光的能量和脉冲重复率的调制。

由图4，控制反射棱镜2两个外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射镜7、反射棱镜2及工作介质8。复合反射器的结构与图2相同。

由图5，控制两个反射棱镜2、2’一外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射棱镜2、反射棱镜2’及工作介质8。复合反射器的结构与图1相同。

由图6，控制两个反射棱镜2、2’外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射棱镜2、反射棱镜2’及工作介质8。复合反射器的结构与图2相同。

由图7，控制两个反射棱镜2、2’一外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射镜7、反射棱镜2、反射棱镜2’及工作介质8。复合反射器的结构与图1相同。

由图8，控制两个反射棱镜2、2’外侧面激光透过率实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射镜7、反射棱镜2、反射棱镜2’及工作介质8。复合反射器的结构与图2相同。

由图9，两个复合反射器分别安装在激光谐振腔的两端，取代谐振腔的全反镜。控制两个反射棱镜2、9外侧面激光透过率，实现腔内损耗调制。激光谐振腔包括激光输出镜1、反射棱镜2、反射棱镜9及工作介质8。一端的复合反射器由反射棱镜2、光耦元件3和控制元件4构成。另一端的复合反射器由反射棱镜9、光耦元件10和控制元件11构成。支架12固定在激光头的底座上，用来支撑控制元件11。

上述一端的复合反射器可为图2、图5、图6中的任何一种结构形式。

由图10，其中两个直角面为全内反射面。    

由图11，其中三个直角面为全内反射面。