[发明专利]基于弛豫铁电单晶的电光调Q开关

说明书

一种基于弛豫铁电单晶的电光调Q开关，属于激光器技术领域。本发明针对现有电光调Q开关存在的成本高和难以小型化的问题。包括：光纤耦合半导体激光器产生激光脉冲经后反射镜透射后通过Nd:YVO₄晶体实现波长转换并增益放大，经偏振分束器输出线偏振光；PIN‑PMN‑PT晶体无外加电压时线偏振光经四分之一波片、八分之一波片和PIN‑PMN‑PT晶体相位延迟后，被输出镜反射后反向传播时无法通过偏振分束器；谐振腔为低Q状态；PIN‑PMN‑PT晶体外加电压时线偏振光经四分之一波片、八分之一波片和PIN‑PMN‑PT晶体后的透射光被输出镜反射后再反向传播到达后反射镜；谐振腔为高Q状态。本发明实现了低驱动电压和小型化的Q开关。

技术领域

本发明涉及基于弛豫铁电单晶的电光调Q开关，属于激光器技术领域。

背景技术

脉冲激光器具有高峰值功率的优点，在激光加工、测距、通信、红外对抗等民用及军用领域均有广泛的应用。

电光调Q开关是脉冲激光器的核心器件，具有开关时间短，效率高的优势，可用于获得窄脉宽大能量的激光输出。电光调Q开关的工作原理为利用晶体的电光效应，初始时对晶体施加1/4λ波电压，开关为关闭状态，激光谐振腔处于低Q状态，为储能阶段。储能完成后撤去电压，使得谐振腔内的能量快速释放，处于高Q状态并输出高峰值功率的脉冲激光。

LiNbO3(LN)和KD₂PO₄(DKDP)晶体是目前电光调Q开关中使用最多的两种晶体。其中LN晶体的光学损伤阈值低，约为100MWcm^-2，不适用于高功率激光；DKDP晶体具有吸湿特性，需要复杂的防潮工艺，增大了器件的插入损耗。同时，LN和DKDP晶体的有效电光系数r_c分别约为21和24pmV^-1，需要高驱动电压或大尺寸的晶体来满足使用需求。因此现有电光调Q开关需要配置高压电源，具有高成本和难以小型化的缺点，已成为提高设备性能的关键障碍。

发明内容

针对现有电光调Q开关需要配置高压电源和采用大尺寸晶体，存在的成本高和难以小型化的问题，本发明提供一种基于弛豫铁电单晶的电光调Q开关。

本发明的一种基于弛豫铁电单晶的电光调Q开关，包括光纤耦合半导体激光器、后反射镜、Nd:YVO₄晶体、偏振分束器、四分之一波片、八分之一波片、PIN-PMN-PT晶体和输出镜，

光纤耦合半导体激光器用于产生预期中心波长的激光脉冲，所述激光脉冲经后反射镜透射后输出的激光通过Nd:YVO₄晶体实现波长转换并实现增益放大，再经偏振分束器输出线偏振光；

当PIN-PMN-PT晶体无外加电压时：

线偏振光经四分之一波片和八分之一波片进行相位延迟后进入PIN-PMN-PT晶体，PIN-PMN-PT晶体对入射光进行相位延迟后的透射光被输出镜反射后，反向经PIN-PMN-PT晶体进行相位延迟后，再由八分之一波片对PIN-PMN-PT晶体由于双折射效应带来的相位延迟进行相位补偿，再经四分之一波片到达偏振分束器的激光偏振方向与偏振分束器入射激光的偏振方向垂直，无法再通过偏振分束器；此时Nd:YVO₄晶体中工作物质持续积累，当前阶段激光谐振腔处于低Q状态；

当PIN-PMN-PT晶体外加电压时，PIN-PMN-PT晶体相当于四分之一波片：

线偏振光经四分之一波片和八分之一波片进行相位延迟后，再进入PIN-PMN-PT晶体进行相位延迟，PIN-PMN-PT晶体的透射光被输出镜反射后，再反向经过PIN-PMN-PT晶体、八分之一波片和四分之一波片，经由四分之一波片到达偏振分束器的激光偏振方向与偏振分束器入射激光的偏振方向相同，反向到达偏振分束器的激光通过偏振分束器后经Nd:YVO4晶体到达后反射镜；当前阶段激光谐振腔处于高Q状态，激光谐振腔内建立起强激光振荡后，经输出镜输出激光脉冲。