專利名稱：色心釔鋁石榴石晶體調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。
現(xiàn)有的調(diào)制器主要用做Q開關(guān)，現(xiàn)有的Q開關(guān)有聲光Q開關(guān)、電光Q開關(guān)，有機(jī)染料開關(guān)和色心LIF晶體Q開關(guān)等四種類型。聲光Q開關(guān)和電光Q開關(guān)為主動調(diào)制元件，必須用專用的電源驅(qū)動才能工作。有機(jī)染料Q開關(guān)和色心LIF晶體Q開關(guān)在結(jié)構(gòu)和原理上與本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器最接近，同屬被動調(diào)制元件，工作時無須加任何驅(qū)動電源。
有機(jī)染料Q開關(guān)根據(jù)不同使用要求可以有多種結(jié)構(gòu)形式。將具有可飽和吸收特性的染料(如Eastman14015)溶于200%的氯乙烷溶液中，配制成釹激光器的Q開關(guān)溶液。裝入有通光窗口的玻璃盒中，密封后制成Q開關(guān)染料盒;也可將染料摻入透明的塑料中壓制成Q開關(guān)染料片。由于染料盒和染料片的有機(jī)染料受熱和經(jīng)紫外線照射后易分解，有機(jī)染料的光學(xué)密度會降低，因此必須定期更換，使用不變。
色心LIF晶體Q開關(guān)利用色心LIF晶體制成，其飽和吸收激光波長為1微米左右，與本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器基本相同，外形結(jié)構(gòu)為板、塊和柱狀。但色心LIF晶體濃度不穩(wěn)定，受熱和長時間存放濃度降低，使Q開關(guān)性能發(fā)生變化，因此色心LIF晶體Q開關(guān)的應(yīng)用受到一定限制。
經(jīng)光譜分析和激光試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)摻雜色心YAG晶體具有飽和吸收特性。其飽和吸收激光波長為1微米左右，其機(jī)械強(qiáng)度高，熱和光穩(wěn)定性好，是代替有機(jī)染料Q開關(guān)和色心LIF晶體Q開關(guān)制作釹激光器Q開關(guān)和Q開關(guān)鎖模元件的理想材料。
本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器利用摻雜色心YAG晶體的可飽和吸收特性制成?，F(xiàn)結(jié)合

圖1圖2對本發(fā)明敘述如下圖1用于低平均功率的色心YAG晶體調(diào)制器。
圖2用于高平均功率的色心YAG晶體調(diào)制器。
當(dāng)本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器運(yùn)行時，本身的發(fā)熱功率較小時，選用圖1的結(jié)構(gòu)形式，即色心YAG晶體調(diào)制器由一定尺寸的摻雜色心YAG晶體構(gòu)成，置于釹激光器諧振腔內(nèi)靠近全反射鏡的一端。
摻雜色心YAG晶體的通光端截面略大于激光工作物質(zhì)的截面積;根據(jù)激光脈沖半寬度選擇摻雜色心YAG晶體材料的初始透過率，由初始透過率選擇通光長度L。一般所需的激光脈沖半寬度越窄，則摻雜色心YAG晶體初始透過率越低，通光長度也越長。
為使摻雜色心YAG晶體在激光波長1微米左右具有可飽和吸收特性，必須經(jīng)著色處理，即在空氣中，將摻雜色心在空氣中加熱到600℃至1600℃高溫后，自然冷卻至常溫。
將摻雜色心YAG晶體切割成所需尺寸后，兩通光端面研磨拋光，前通光端面鍍增透膜，后通光端面鍍增透膜或全反射膜。
當(dāng)本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器運(yùn)行時本身發(fā)熱的功率較大時，選用圖2的結(jié)構(gòu)形式，即摻雜色心YAG晶體置于冷卻套內(nèi)，將用水冷或風(fēng)冷，主要由摻雜色心YAG晶體、晶托和冷卻套三大部分構(gòu)成。
摻雜色心YAG晶體3的尺寸選取和處理工藝同用于低平均功率的色心YAG晶體調(diào)制器的摻雜色心YAG晶體，當(dāng)冷卻采用水冷時，后通光端面的全反射膜上，用蒸發(fā)、噴涂等方法加防水層，形成全反射膜防水層5。
晶托由前接頭1和晶體座2構(gòu)成，前接頭1和晶體座2的軸線上開有通光孔，其截面積略大于摻雜色心YAG晶體3的通光端截面積，激光工作物質(zhì)的截面積小于前接頭1和晶體座2的通光孔截面積。前接頭1和晶體座2的通光孔軸線與摻雜色心YAG晶體3的通光軸線相重合。摻雜色心YAG晶體3與晶體座2，以及晶體座2與前端頭1間用防水膠固定和密封。前接頭1與晶體座2材料為金屬。
冷卻套由外殼4、噴咀6、出咀7和入咀8構(gòu)成，之間用防水膠固定和密封。將用水冷或強(qiáng)迫風(fēng)冷，從入咀8進(jìn)入，經(jīng)噴咀6噴射在摻雜色心YAG晶體3的全反射膜防水層5上，達(dá)到冷卻目的，最后由出咀7流出。噴咀6的軸線與摻雜色心YAG晶體3的通光軸線重合。外殼4、噴咀6、出咀7和入咀8的材料為金屬。
本發(fā)明色心YAG晶體調(diào)制器按圖1和圖2結(jié)構(gòu)可制成單和多激光脈沖輸出的Q開關(guān)，也可制成釹激光器的Q開關(guān)，由于熱和光穩(wěn)定好，能長期安全可靠工作。完全可代替有機(jī)染料和色心LIF晶體Q開關(guān)，在冷卻條件下，輸出激光脈沖平均功率超過50W，可與電光Q開關(guān)和聲光Q開關(guān)相比?？捎糜诩す獯蚩住澠?、測距和醫(yī)療等方面。
按圖1結(jié)構(gòu)制成的色心YAG晶體調(diào)制器用于單脈沖激光輸出時，摻雜色心YAG晶體3初始透過率為(10-40)%，通常長度4毫米至20毫米，經(jīng)著色處理后，兩通光端面拋光，前和后通光端面分別鍍增透膜和全反射膜?？色@得激光脈沖半寬度為9毫微秒至25毫微秒，最高峰值功率可達(dá)20兆瓦。
按圖2結(jié)構(gòu)制成的色心YAG晶體調(diào)制器用于連續(xù)釹激光器中做Q開關(guān)和鎖模元件時，將用水冷，水流量4升/分。其摻雜色心YAG晶體通光端直徑φ8毫米，通光長度L為1.2毫米，經(jīng)著色處理后，兩通光端面拋光，前和后通光端面分別鍍增透膜和全反射膜，并在全反射膜上加防水層。當(dāng)泵浦功率為4千瓦時，多模激光輸出(波長為1.06微米)如下平均功率大于50瓦。
Q開關(guān)頻率大于10千赫茲。
Q開關(guān)脈沖半寬度180毫微秒左右。
峰值功率達(dá)103瓦。
Q開關(guān)調(diào)制深度為100%。
鎖模深度30%。
激光總體轉(zhuǎn)換效率大于1.3%。
該色心YAG晶體調(diào)制器可用激光打孔、劃片和醫(yī)療等方面。
權(quán)利要求
1.一種色心釔鋁石榴石晶體調(diào)制器，屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，由摻雜色心釔鋁石榴石晶體3或由摻雜色心釔鋁石榴石晶體3裝入晶托和冷卻套中構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色心釔鋁石榴石晶體調(diào)制器，其特征是摻雜色心釔鋁石榴石晶體3的通光端截面大于激光工作物質(zhì)截面;摻雜色心釔鋁石榴石晶體3的高溫處理工藝為在空氣中加熱到600℃至1600℃后，自然冷卻;摻雜色心晶體兩通光端面研磨拋光;后通光端面可以鍍?nèi)瓷淠?，在循環(huán)水冷卻條件下，全反射膜5上加防水層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色心釔鋁石榴石晶體調(diào)制器，其特征是晶托由前端頭1和晶體座2構(gòu)成，前端頭1和晶體座2的內(nèi)孔截面相等，并銷大于摻雜色心釔鋁石榴石晶體3截面，且與摻雜色心釔鋁石榴石晶體3的軸線重合，三者間用防水膠固定和密封。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的色心釔鋁石榴石晶體調(diào)制器，其特征是冷卻套由外殼4、噴咀6、出咀7和入咀8構(gòu)成，相互間用防水膠固定和密封，噴咀6內(nèi)孔的軸線與摻雜色心釔鋁石榴石晶體3的軸線重合，晶托和冷卻套用防水膠固定和密封。
全文摘要
本發(fā)明色心釔鋁石榴石晶體調(diào)制器屬于光電技術(shù)領(lǐng)域。摻雜色心釔鋁石榴石晶體切割成一定尺寸，兩通光端面拋光，并鍍增透膜和全反射膜，制成釹激光器Q開關(guān)和鎖模元件，由于摻雜色心釔鋁石榴石晶體機(jī)械強(qiáng)度高，熱、光穩(wěn)定性好，使之該調(diào)制器優(yōu)于有機(jī)染料和色心LIF晶體Q開關(guān)。當(dāng)采用強(qiáng)迫冷卻條件下，摻雜色心釔鋁石榴石晶體全反射膜上加防水層，輸出激光平均功率達(dá)50瓦以上，對激光脈沖時域分布要求不高的場合，可代替電光Q開關(guān)和聲光Q開關(guān)。
文檔編號H01S3/127GK1077060SQ92109778
公開日1993年10月6日 申請日期1992年8月28日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月28日
發(fā)明者姚廣濤, 谷幼英, 桂尤喜 申請人:機(jī)電部第十一研究所