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声光 Q 开关——用于激光器调Q的声光调制器

时间:2021-07-09 来源:新特光电 访问量:1032

声光调制器(AOM) 可以针对Q 开关 激光器的特定应用进行优化。这种声光Q开关放置在激光谐振腔内。当激光器被泵浦时,AOM 的 RF 输入被打开,因为在谐振腔中循环的光的衍射损耗很高(因为衍射光束离开谐振腔),并且激光被抑制。当射频输入突然关闭时,会产生强烈的激光脉冲。

大多数调Q固态激光器都包含一个声光调Q开关;只有少数激光器内置电光Q 开关,需要最高的开关速度和/或非常高的损耗调制。

紧凑型声光Q开关

紧凑型声光Q开关

声光Q开关要求

关于声光调制器的文章中讨论了 AOM 的一般要求。特别是对于激光器的Q开关,以下方面与适当的性能相关:

  • 零级(非衍射)光束的插入损耗应该非常低,以避免功率损耗和热效应。因此,应使用损耗吸收声光介质(通常是熔融石英)并制备具有高表面质量的介质。为了抑制光学表面的反射,经常使用抗反射涂层。也有Q开关,其中有源元件以布鲁斯特角操作;强制激光束的线性偏振。在某些情况下(例如对于会发生强去极化损耗的激光器),Q 开关应该与偏振无关。

  • 输入和输出极化通常应该相同。(Q 开关通常基于各向同性衍射,即使在使用非各向同性声光介质时也是如此。)
       调制器的损坏阈值必须足够高以承受强激光脉冲。

  • “开启”状态下的衍射损耗必须足够高以安全地抑制激光发射。所需的损失取决于增益激光增益介质。

  • 开关速度必须足够高以获得干净的脉冲积累。该要求主要取决于激光谐振腔的往返时间(因此取决于其长度)和激光增益。可实现的开关速度基本上受Q 开关中声速和波束半径的限制。对于通常的固态激光器,很容易获得所需的开关速度,但对于特别紧凑的短脉冲激光器,这可能具有挑战性。在某些情况下,由于 AOM 的速度限制,需要使用电光调制器

  • 该设备应适用于高占空比,这是此类激光应用的典型特征。

有各种各样的权衡。例如,具有高弹光系数的二氧化碲 (TeO 2 ) 需要小的声功率,但具有中等的损伤阈值。结晶石英或熔融石英可以承受更高的光强度,但代价是更高的声功率(因此也是射频功率)。所需的声功率还取决于设备的光学孔径:大孔径设备,如高功率激光器所需,需要更高的声功率。Q开关中产生的热量可能非常强烈,以至于需要水冷。在较低的功率水平下,传导冷却就足够了。

对于高增益激光器(例如,光纤激光器),可以在激光条件下使用一阶衍射光束,因此当 AOM 关闭时会导致非常高的谐振腔损耗。然而,激光状态下的损耗也相当高,并且在脉冲生成期间会发生频移。因此,该配置不常使用。

声光Q开关的射频驱动器

使用的电子驱动器通常是一个以固定调制频率和数字输入运行的设备,用于快速打开/关闭射频输出。

所需的射频驱动功率通常很大(有时甚至远高于 10 W),原因如下:

  • 激光增益通常(但并非总是)非常高,因此Q开关需要大量的损耗调制。

  • 声光介质必须针对低损耗进行优化,暂时导致较低的声光品质因数。

  • 如果需要与极化无关的操作,则必须使用剪切波,从而导致品质因数更低。

  • 特别是对于高功率激光器,需要大孔径和相应大的声束直径。

由于射频功率最终会转化为热量,因此通常需要对 AOM 进行水冷。

声光Q开关射频驱动器

声光Q开关射频驱动器

G&H声光Q开关 (AOQS)

声光Q开关 (AOQS) 在激光腔内工作,通过主动控制腔的 Q 因子(损耗)来产生高强度的脉冲光。我们的声光Q开关坚固耐用、可靠且经久耐用,并以数百万小时的现场服务为后盾。

我们提供低插入损耗、高效的声光Q开关,能够处理非常高的峰值功率,并将利用我们 35 年的经验来匹配腔长、重复率、波长、光束直径、偏振状态和输出功率激光到最佳声光Q开关解决方案。

当放置在激光腔内时,声光Q开关 (AOQS) 可用于通过声光效应控制谐振腔内循环的光量。当打开时,AOQS 将光从腔内的光束路径中衍射出来,从而增加损耗并降低 Q 因子。虽然腔中的损耗很高并且泵浦继续进行,但不会发生激光,但可以在增益介质内建立粒子数反转。一旦增益饱和,声光Q开关的射频功率就会关闭,从而非常迅速地降低腔内的损耗。这增加了 Q 因子并允许快速放大以产生非常高强度的短脉冲。

高质量的声光Q开关具有以下几个重要特性:

  • “关闭”状态下的损耗极低,可最大限度地提高输出强度

  • 能够承受非常高的峰值激光功率

  • 出色的传感器可靠性,允许长期使用而无需维护

在为应用确定或创建正确的声光Q开关和驱动器时,我们考虑了许多因素:

  • 腔长

  • 光束直径

  • 波长

  • 偏振态

  • 重复率

  • 输出功率

  • Q 开关在腔体内的位置

为了避免牺牲衍射效率,需要在施加的射频功率和耐用性之间进行权衡。更坚固或耐用的声光Q开关材料通常需要更大的射频驱动功率,并且可能需要水冷或传导冷却。

我们为近红外波长的偏振或非偏振激光器提供现成的解决方案。我们可以通过水冷和传导冷却来适应大灯泵浦多模激光束直径(高达 8 毫米)以及小型紧凑二极管泵浦光束直径(< 1 毫米)。专门的设计可满足独特的需求,例如超高单程损耗(高达 96%)、高开关速度和出色的脉冲到脉冲稳定性。

我们还提供专为Q开关设计的全系列 RF 驱动器,具有快速下降时间、紧密同步、在固定或可变模式下运行,以及诸如第一脉冲抑制或多通道操作等高级功能,可驱动多个Q开关。相同的腔体。

无论您是为材料加工应用(雕刻、切割或钻孔)设计激光器,还是为医疗手术、光刻或快速原型设计创建完整系统,我们都能找到Q开关和射频驱动器来平衡您的性能、成本和可靠性需求。

声光调Q开关的应用

激光打标、光刻、材料加工、医疗手术、微加工

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