技术领域
[0001] 本
发明实施例涉及激光器技术领域，尤其涉及一种被动调Q
脉冲激光器。
背景技术
[0002] 随着激光
二极管(Laser Diode，简称LD)性能的提高，LD
泵浦激光器得到了迅速的发展，被动调Q脉冲激光器作为LD泵浦激光器的一种，结构紧凑，并且能够产生高
峰值功率的被动调Q激光脉冲，在激光探测和激光测距等技术领域具有广泛的应用前景。
[0003] 被动调Q脉冲激光器包括LD泵浦源和激光
谐振腔，被动调Q脉冲激光器产生被动调Q激光脉冲的原理为：LD泵浦源产生泵浦激光，泵浦激光入射到激光谐振腔中的可饱和
吸收材料，由于可饱和吸收材料对泵浦激光的
波长具有较强的吸收作用，且随着泵浦激光的持续入射或泵浦激光光强度的增加，可饱和吸收材料的透过率不断增大，激光谐振腔中的
荧光辐射强度逐渐增强，当泵浦激光的入射持续到一定时间或泵浦激光光强度增大到一定程度时，可饱和吸收材料的透过率达到“饱和”状态，不再继续增大，可饱和吸收材料的这种状态可以看成是激光谐振腔中的荧光辐射强度对可饱和吸收材料进行了“漂白”，此时，激光谐振腔的损耗突然降低，激光谐振腔的Q值急剧升高，激光谐振腔内的激光振荡形成，输出较强的被动调Q激光脉冲。其中，可饱和吸收材料主要包括有机染料、色心晶体、半导4+
体材料以及Cr 晶体等。
[0004] 但是，被动调Q脉冲激光器产生被动调Q激光脉冲的时间不精准，导致被动调Q激光脉冲的峰值功率不稳定，产生较大的抖动，严重影响了被动调Q脉冲激光器的性能。
发明内容
[0005] 本发明实施例提供一种被动调Q脉冲激光器，以产生低峰值功率抖动的输出被动调Q激光脉冲。
[0006] 本发明实施例的一个方面是提供一种被动调Q脉冲激光器，包括：LD泵浦源、耦合透镜、谐振腔、电光晶体、λ/4波片、偏振分光器和控制装置；
[0007] 其中，所述LD泵浦源、所述耦合透镜、所述谐振腔、所述电光晶体、所述λ/4波片和所述偏振分光器依次同轴设置；
[0008] 所述偏振分光器用于将经过所述λ/4波片的被动调Q激光脉冲分成参考激光脉冲和输出被动调Q激光脉冲，所述参考激光脉冲和所述输出被动调Q激光脉冲偏振方向相互垂直；
[0009] 所述控制装置与所述电光晶体相连，用于根据所述参考激光脉冲的峰值功率对所述电光晶体上的
电压进行调整，以使所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低。
[0010] 本发明实施例的另一个方面是提供一种输出被动调Q激光脉冲产生方法，包括：
[0011] 被动调Q脉冲激光器中的LD泵浦源通电后产生泵浦激光；
[0012] 所述泵浦激光通过耦合透镜入射到谐振腔，以使所述谐振腔发出被动调Q激光脉冲；
[0013] 所述被动调Q激光脉冲依次经过电光晶体、λ/4波片和偏振分光器，在所述偏振分光器的输出端输出参考激光脉冲和输出被动调Q激光脉冲；
[0014] 参考
光探测器依据所述参考激光脉冲的峰值功率产生参考电
信号，并将所述参考
电信号发送给参考
信号处理单元；
[0015] 所述参考信号处理单元依据所述参考电信号和用户在基准峰值功率设定单元中设定的所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率参考值获得电光晶体电压
控制信号，并将所述电光晶体电压控制信号发送给电光晶体电压调整单元；
[0016] 所述电光晶体电压调整单元依据所述电光晶体电压控制信号对所述电光晶体上的电压进行调整，以使所述偏振分光器发出的所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低。
[0017] 本发明实施例提供的被动调Q脉冲激光器，通过
控制器根据参考电信号对电光晶体上的电压进行调整，由于电光晶体上的电压决定输出被动调Q激光脉冲的峰值功率与参考激光脉冲的峰值功率的比值，所以通过控制电光晶体上的电压，可以使偏振分光器发出的输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低，从而得到低峰值功率抖动的输出被动调Q激光脉冲，提高了被动调Q脉冲激光器的性能。
附图说明
[0018] 图1为本发明实施例提供的被动调Q脉冲激光器的结构图；
[0019] 图2为本发明另一实施例提供的被动调Q脉冲激光器中控制器的结构图；
[0020] 图3为本发明实施例提供的输出被动调Q激光脉冲产生方法的
流程图。
具体实施方式
[0021] 图1为本发明实施例提供的被动调Q脉冲激光器的结构图。本发明实施例提供的被动调Q脉冲激光器，包括：LD泵浦源1、耦合透镜2、谐振腔20、电光晶体8、λ/4波片9、偏振分光器10和控制装置21；LD泵浦源1、耦合透镜2、谐振腔20、电光晶体8、λ/4波片9和偏振分光器10依次同轴设置，同轴设置是指LD泵浦源1、耦合透镜2、谐振腔20、电光晶体8、λ/4波片9和偏振分光器10各个部件的中心在同一条直线上；偏振分光器10用于将经过λ/4波片9的被动调Q激光脉冲分成参考激光脉冲12和输出被动调Q激光脉冲
11，参考激光脉冲12和输出被动调Q激光脉冲11偏振方向相互垂直；控制装置21与电光晶体8电连接，用于根据参考激光脉冲12的峰值功率对电光晶体8上的电压进行调整，以使输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率抖动幅度降低。
[0022] 谐振腔20包括二向色镜3、激光增益介质4、可饱和吸收体5、偏振片6和输出镜7，二向色镜3、激光增益介质4、可饱和吸收体5、偏振片6和输出镜7依次同轴设置；偏振片6的透振方向与λ/4波片9的快轴方向平行或垂直，偏振分光器10的透振方向与偏振片6的透振方向相同。
[0023] 控制装置21包括参考光探测器13和控制器14，参考光探测器13接收参考激光脉冲12，控制器14分别与参考光探测器13、LD泵浦源1和电光晶体8相连，控制器14与LD泵浦源1的连线为17，控制器14与电光晶体8的连线为16；参考光探测器13用于依据参考激光脉冲12的峰值功率获得参考电信号15，控制器14用于根据参考电信号15对电光晶体8上的电压进行调整。
[0024] 本发明实施例提供的被动调Q脉冲激光器，通过控制器根据参考电信号对电光晶体上的电压进行调整，由于电光晶体上的电压决定输出被动调Q激光脉冲的峰值功率与参考激光脉冲的峰值功率的比值，所以通过控制电光晶体上的电压，可以使偏振分光器发出的输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低，从而得到低峰值功率抖动的输出被动调Q激光脉冲，提高了被动调Q脉冲激光器的性能。
[0025] 图2为本发明另一实施例提供的被动调Q脉冲激光器中控制器的结构图。如图2所示，控制器14包括参考信号处理单元18、基准峰值功率设定单元19、电光晶体电压调整单元22和LD供电单元23，参考信号处理单元18分别与基准峰值功率设定单元19、参考光探测器13和电光晶体电压调整单元22相连，电光晶体电压调整单元22与电光晶体8相连，LD供电单元23与LD泵浦源1相连；基准峰值功率设定单元19用于设置输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率参考值，并产生基准峰值功率信号20；参考信号处理单元18用于依据参考电信号15和被动调Q激光脉冲11的峰值功率参考值获得电光晶体电压控制信号21；电光晶体电压调整单元22用于依据电光晶体电压控制信号21对电光晶体8上的电压进行调整；LD供电单元23用于给LD泵浦源1供电。图2中的连线17与图1中的连线17为同一条连线，图2中的连线16与图1中的连线16为同一条连线。
[0026] 二向色镜3靠近LD泵浦源1的一端
镀有针对泵浦激光的高透膜，二向色镜3靠近激光增益介质4的一端镀有针对泵浦激光高透、针对被动调Q激光脉冲11高反的第一复合膜，泵浦激光是LD泵浦源1发出的激光。
[0027] 可饱和吸收体5靠近激光增益介质4的一端镀有针对泵浦激光高反、针对被动调Q激光脉冲11高透的第二复合膜。
[0028] 电光晶体8沿被动调Q激光脉冲传播方向的两端、λ/4波片9的两端、偏振分光器10的入射端和偏振分光器10的两个输出端镀有针对被动调Q激光脉冲11的增透膜，偏振分光器10的两个输出端分别是输出参考激光脉冲12和输出被动调Q激光脉冲11的端面。
[0029] 偏振分光器10为
镀膜的偏振分光镜或由双折射晶体制成的偏振分光棱镜；可饱4+
和吸收体5为Cr :YAG。
[0030] LD泵浦源1发射的泵浦激光经过耦合透镜2后穿过二向色镜3进入激光增益介质4，耦合透镜2为复合透镜，将LD泵浦源1发出的泵浦激光尽可能多的耦合进激光增益介质
4，耦合透镜2镀有针对泵浦激光的增透膜，二向色镜3靠近耦合透镜2的一端镀有针对泵浦激光的增透膜，靠近激光增益介质4的一端镀有针对泵浦激光高透、被动调Q激光脉冲高反的复合膜，泵浦激光通过二向色镜3后进入激光增益介质4，激光增益介质4的两端镀有针对泵浦激光和被动调Q激光脉冲均高透的增透膜，一部分泵浦激光在激光增益介质4中被吸收，剩余的泵浦激光到达可饱和吸收体5，可饱和吸收体5靠近激光增益介质4的一端镀有针对泵浦激光高反、被动调Q激光脉冲高透的复合膜，另一端镀有针对被动调Q激光脉冲高透的增透膜，泵浦激光经可饱和吸收体5的前端面反射后，再次进入激光增益介质4被吸收，以上各光学元件表面镀膜设计的目的是在保证被动调Q脉冲激光器顺利工作的前提下，使激光增益介质4尽可能多的吸收泵浦激光，提高被动调Q激光脉冲的转换效率。
[0031] 偏振片6对被动调Q激光脉冲进行起偏，使输出镜7输出的被动调Q激光脉冲为平行于纸面的线偏振光，输出镜7靠近偏振片6的一端镀有针对被动调Q激光脉冲的部分反射膜，其反射率根据由二向色镜3和输出镜7构成的激光器谐振腔的损耗，以及激光增益介质4吸收的泵浦激光的功率决定，输出镜7的另一端镀有针对被动调Q激光脉冲的增透膜。
[0032] 由于偏振片6的起偏作用，通过输出镜7输出的被动调Q激光脉冲也是线偏振的，光矢量的振动方向和偏振片的起偏方向一致，也是平行于纸面，电光晶体8两端镀有针对被动调Q激光脉冲高透的增透膜，电光晶体8加电压后感应光轴的方向和偏振片6的偏振方向之间的夹
角为45°，λ/4波片9的两端镀有针对被动调Q激光脉冲高透的增透膜，其快轴方向与平行或垂直于纸面，偏振分光器10的光束入射面以及两个出射面均镀有针对被动调Q激光脉冲的增透膜，偏振分光器10的透振方向可以平行或垂直于偏振片6的透振方向，偏振分光器10可以选用镀介质膜的偏光分束镜或者由双折射介质制成的偏光棱镜。
[0033] 本发明实施例提供的被动调Q脉冲激光器，通过控制器内部的基准峰值功率设定单元设置所述参考激光脉冲的峰值功率的基准值，参考信号处理单元依据所述参考电信号和所述基准值获得电光晶体电压控制信号，电光晶体电压调整单元依据所述电光晶体电压控制信号对所述电光晶体上的电压进行调整，具体实现了对电光晶体上的电压进行调整。
[0034] 图3为本发明实施例提供的输出被动调Q激光脉冲产生方法的流程图。本发明实施例提供的输出被动调Q激光脉冲产生方法具体步骤如下：
[0035] 步骤S301、被动调Q脉冲激光器中的LD泵浦源通电后产生泵浦激光；
[0036] 步骤S302、所述泵浦激光通过耦合透镜入射到谐振腔，以使所述谐振腔发出被动调Q激光脉冲；
[0037] 步骤S303、所述被动调Q激光脉冲依次经过电光晶体、λ/4波片和偏振分光器，在所述偏振分光器的输出端输出参考激光脉冲和输出被动调Q激光脉冲；
[0038] LD泵浦源1发射的泵浦激光经过耦合透镜2后穿过二向色镜3进入激光增益介质4，且LD泵浦源1和耦合透镜2构成了被动调Q脉冲激光器的泵浦系统，为激光增益介质4提供泵浦
能量，二向色镜3、激光增益介质4、可饱和吸收体5、偏振片6和输出镜7构成了被动调Q脉冲激光器的谐振腔20，当谐振腔20内辐射较弱时，可饱和吸收体5的吸收系数较大，谐振腔20处于高Q值状态，谐振腔20内增益小于损耗，被动调Q脉冲激光器处于储能状态，不能形成激光振荡输出，当谐振腔20内辐射增大到一定程度，可饱和吸收体5被漂白，吸收系数迅速降低，谐振腔20处于低Q值状态，谐振腔20内增益大于损耗，激光振荡迅速形成，并通过输出镜7输出一个被动调Q激光脉冲，被动调Q激光脉冲输出后，由于激光增益介质4的储能被消耗，谐振腔20内辐射降低，可饱和吸收体5又处于高吸收率状态，谐振腔20的Q值升高，处于储能状态，经过一段时间后，又会有第二个被动调Q激光脉冲输出，如此反复，形成了被动调Q激光输出脉冲。
[0039] 当电光晶体8加上电压时，感应光轴的方向与从输出镜7输出的激光脉冲的偏振方向的夹角为45°，经电光晶体8后，变为椭圆偏振光，经过λ/4波片9后，变为线偏振光，线偏振光的振动方向与电光晶体8上施加的电压有关，即改变电光晶体8上的电压可以改变经λ/4波片9出射的线偏振光与偏振分光器10的透光方向之间的夹角，进而改变通过偏振分光器10后输出的输出被动调Q激光脉冲11与参考激光脉冲12的峰值功率比。
[0040] 步骤S304、参考光探测器依据所述参考激光脉冲的峰值功率产生参考电信号，并将所述参考电信号发送给参考信号处理单元；
[0041] 参考激光脉冲12进入参考光探测器13，参考光探测器13将参考激光脉冲12的峰值功率转换为参考电信号15，并将参考电信号15发送给参考信号处理单元18。
[0042] 步骤S305、所述参考信号处理单元依据所述参考电信号和用户在基准峰值功率设定单元中设定的输出被动调Q激光脉冲的峰值功率参考值获得电光晶体电压控制信号，并将所述电光晶体电压控制信号发送给电光晶体电压调整单元；
[0043] 所述参考信号处理单元依据所述参考电信号和用户在基准峰值功率设定单元中设定的输出被动调Q激光脉冲的峰值功率参考值获得电光晶体电压控制信号包括：所述参考信号处理单元依据所述参考电信号获得所述参考激光脉冲的峰值功率P12；所述参考信号处理单元依据所述参考激光脉冲的峰值功率P12和所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率P11与所述参考激光脉冲的峰值功率P12的比值η，获得所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率P11＝P12η；所述参考信号处理单元比较所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率P11与所述用户在基准峰值功率设定单元中设定的所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率参考值P0，P0应小于P11与P12之和，若P11不等于P0，则通过调整所述电光晶体电压控制信号改变η，使P11等于P0。
[0044] 如果用户已知电光晶体8不加电压时，依据输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率抖动情况，可以直接通过基准峰值功率设定单元19，设定输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率参考值，设定的该峰值功率参考值应接近输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率最小值；如果用户不知道电光晶体8不加电压的情况下，输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率抖动情况，可以先在电光晶体8上施加一定的电压，使输出被动调Q激光脉冲11和参考激光脉冲12的峰值功率比η为一常数η0，该常数η0的值可以由电光晶体8上施加的电压大小确定，参考光探测器13采集多个参考激光脉冲12的峰值功率，并将多个参考激光脉冲12的峰值功率转换为参考电信号15，控制器14中的参考信号处理单元18对参考电信号15进行处理，得到输出被动调Q激光脉冲11的抖动特性，并根据用户对参考激光脉冲12的峰值功率抖动幅度的要求，设定输出被动调Q激光脉冲11的峰值功率参考值。
[0045] 正常工作时，参考信号处理单元18首先给出电光晶体电压控制信号21，电光晶体电压调整单元22根据电光晶体电压控制信号21通过
连接线16调整在电光晶体8上施加的电压，使得所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率与所述参考激光脉冲的峰值功率的比值η为η0，η0在偏振分光器10分束比允许设定范围内，当第一个输出被动调Q激光脉冲11输出时，假设其峰值功率为P11，参考信号处理单元18根据P12的大小和η0＝P11/P12，计算得到P11的大小，并将P11的大小与P0进行对比，如果P11>P0或P11
[0046] 步骤S306、所述电光晶体电压调整单元依据所述电光晶体电压控制信号对所述电光晶体上的电压进行调整，以使所述偏振分光器发出的所述输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低。
[0047] 本发明实施例通过控制器根据参考电信号对电光晶体上的电压进行调整，由于电光晶体上的电压决定输出被动调Q激光脉冲的峰值功率与参考激光脉冲的峰值功率的比值，所以通过控制电光晶体上的电压，可以使偏振分光器发出的输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低，从而得到低峰值功率抖动的输出被动调Q激光脉冲，提高了被动调Q脉冲激光器的性能。
[0048] 综上所述，本发明实施例通过控制器根据参考电信号对电光晶体上的电压进行调整，由于电光晶体上的电压决定输出被动调Q激光脉冲的峰值功率与参考激光脉冲的峰值功率的比值，所以通过控制电光晶体上的电压，可以使偏振分光器发出的输出被动调Q激光脉冲的峰值功率抖动幅度降低，从而得到低峰值功率抖动的输出被动调Q激光脉冲，提高了被动调Q脉冲激光器的性能；通过控制器内部的基准峰值功率设定单元设置所述参考激光脉冲的峰值功率的基准值，参考信号处理单元依据所述参考电信号和所述基准值获得电光晶体电压控制信号，电光晶体电压调整单元依据所述电光晶体电压控制信号对所述电光晶体上的电压进行调整，具体实现了对电光晶体上的电压进行调整。
[0049] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些
接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0050] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0051] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用
硬件的形式实现，也可以采用硬件加
软件功能单元的形式实现。
[0052] 上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，
服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动
硬盘、只读
存储器(Read-Only Memory，ROM)、
随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0053] 本领域技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模
块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0054] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
