專利名稱：同介質(zhì)二維聲光q開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種激光調(diào)Q開關(guān)，具體涉及一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)。
背景技術(shù)：
在連續(xù)激光調(diào)Q設(shè)備中，聲光Q開關(guān)的應(yīng)用概括為三大方面1、 用于多模、非偏振固體激光器；2、 用于小型、偏振/非偏振二極管泵浦固體激光器；3、 用于單模、偏振、低發(fā)散固體激光器；對多模、非偏振固體激光器，特別像Nd: YAG激光器普遍都釆用以熔石 英為介質(zhì)的聲光Q開關(guān)，要求聲的注入方式為切變模行波器件，主要原因是 聲光互作用對入射光的任意偏振不敏感所致，但是所需要的驅(qū)動功率一般為 50W甚至更高。在大功率高增益的應(yīng)用場合，用一個一維方式的聲光Q開關(guān) 已經(jīng)不能夠有效對激光關(guān)斷，采用了在腔內(nèi)放置彼此平行或彼此正交的兩個 聲光Q開關(guān)的方法已有較好的結(jié)果[1][2]。但是，因增加了一個插入元件，增 大了系統(tǒng)的插入損耗，同時占用空間很大。英國GOOCH&HOUSEGO公司最 新研制了聲縱波模式的雙向聲光Q開關(guān)[3]，將二個器件合二為一，獲得了很 好的使用效果。在單模、偏振固體激光器調(diào)Q技術(shù)中，由于入射光垂直偏振 分量一般達到90%甚至更高，要求聲光Q開關(guān)聲波的注入方式為縱模行波， 用較小的驅(qū)動功率便能獲得高的衍射損耗。然而，單模激光器不可能達到 100%的完全垂直偏振光，其垂直偏振部分也不可能由該聲縱波完成100%的 衍射損耗，此時，如果在另一個方向上存在的聲切變波同樣參與對垂直偏振 光的衍射而提高調(diào)制損耗。同理，多模激光器雖然以圓偏振或橢圓偏振為特 性，而且聲切變波雖對其入射光偏振態(tài)不敏感，但對垂直偏振分量的光強也 不可能實現(xiàn)100%的衍射調(diào)制，此時，如果在另一個方向上存在聲縱波也同樣參與對垂直偏振光的互作用而提高總的衍射調(diào)制。因此，無論釆用單向或聲 模式相周的縱波雙向聲光Q開關(guān)，在大功率、高增益激光調(diào)Q中均存在一定 的局限性。 實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種調(diào)制損耗高，插入元件少，制造成本低，非常適合于高功率、高增益調(diào)Q激光器使用的同 介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案本實用新型的同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，包括聲光介質(zhì)、吸聲器、計算機， 還包括縱波換能器、切變波換能器、LC匹配網(wǎng)絡(luò)、高頻插座、驅(qū)動電源、溫 控開關(guān)、吸聲器，所述計算機通過其同步信號與驅(qū)動電源連接，驅(qū)動電源與 高頻插座連接，高頻插座與LC匹配網(wǎng)絡(luò)連接，LC匹配網(wǎng)絡(luò)與縱波換能器、 切變波換能器連接，縱波換能器、切變波換能器與聲光介質(zhì)聯(lián)接，溫控開關(guān) 與驅(qū)動電源連接，吸聲器膠合在聲光介質(zhì)上。其中，所述縱波換能器、切變波換能器為柵欄形狀，其中，縱波換能器 位于聲光介質(zhì)的Y平面，切變波換能器位于聲光介質(zhì)的X平面。其中，所述縱波換能器、切變波換能器為鈮酸鋰晶體。其中，所述縱波換能器、切變波換能器通過焊接與聲光介質(zhì)聯(lián)接。其中，所述LC匹配網(wǎng)絡(luò)、高頻插座、驅(qū)動電源，均為兩套，分別用于驅(qū)動縱波換能器、切變波換能器。其中，所述吸聲器為契形，膠合在聲光介質(zhì)Y平面的對面和X平面的對面?？v波換能器、切變波換能器產(chǎn)生的超聲波在介質(zhì)中的傳播為行波，它是由聲波發(fā)生對邊安裝的吸聲器實現(xiàn)。本實用新型的優(yōu)點在于1)由于釆用交叉調(diào)制引起的衍射損耗使總的衍 射損耗增加，用于激光器時，"Q"突變輸出的激光能量更強；2)插入元件 減少，制造成本降低，且非常適合于高功率，高增益調(diào)Q激光器；3)本實用 新型充分利用聲縱波在入射光垂直偏振分量所需驅(qū)動功率小而調(diào)制損耗高和聲切變波對任意偏振光入射不敏感的優(yōu)點，巧妙地在一個介質(zhì)上設(shè)計制作一 種新型的二維聲光Q開關(guān)，以期望獲得調(diào)制損耗更高的產(chǎn)品，從而為激光器 調(diào)Q開關(guān)提供了 一種新的設(shè)計思路。

圖l為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實用新型組成的方框示意圖； 圖3為本實用新型LC匹配網(wǎng)絡(luò)的示意圖； 圖4為本實用新型衍射光幾何分布及頻譜特性。圖中1、熔石英介質(zhì)；2、縱波換能器；3、切變波換能器；4、吸聲器；5、 LC匹配網(wǎng)絡(luò)；6、高頻插座；7、驅(qū)動電源；8、溫控開關(guān)；9、計算機； 10、敷銅鍍錫層；Ia、入射光強；I。、未衍射光強；Id、 二維總衍射光強；Lu、 聲切變波與光互作用的一級衍射光強；1x2、聲切變波與光互作用的二級衍射光 強；Iyl、聲縱波與光互作用的一級衍射光強；Iy2、聲縱波與光互作用的二級 衍射光強；Ly、 I;、兩種聲波與光波的多次復合作用產(chǎn)生的交叉調(diào)制衍射光 強；(oQ、入射光頻率；fy、聲縱波頻率；fx、聲切變波頻率；Lx. LY、電感； Cx、 CY、電容。
具體實施方式
以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的保護范圍。 參見圖l、圖2，本實用新型的一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，由熔石英介 質(zhì)l、縱波換能器2、切變波換能器3、吸聲器4、 LC匹配網(wǎng)絡(luò)5、高頻插座6、 驅(qū)動電源7、溫控開關(guān)8、計算機9組成，其中參見圖l，入射光強沿Z方向進入熔石英聲光介質(zhì)1;縱波換能器2焊接 在介質(zhì)的Y面，切變波換能器3焊接在熔石英介質(zhì)1的X面，構(gòu)成一個光波 與兩個互為垂直，模式不同的超聲波在熔石英聲光介質(zhì)1中的相互作用，完 成二維方向及XY平面的光強衍射。衍射損耗越大，激光調(diào)Q的效果越好。參見圖l、圖2、圖3,本實用新型由信號控制部分對兩個驅(qū)動電源7進行脈沖開關(guān)調(diào)制；兩個驅(qū)動電源7分別輸出射頻功率，用2根長度為2m，阻 抗特性為50Q的高頻傳輸線與相同阻抗特性的兩個高頻插座6相連接；兩個 LC匹配網(wǎng)絡(luò)5分別由不同的電感和電容量的元件構(gòu)成，電感Lx.LY、電容 Cx、 CY跨接在敷銅鍍錫層上，見圖3，通過金絲連接到由鈮酸鋰晶體制作的 聲縱波換能器2和聲切變波換能器3上，換能器的作用相當于一個電聲傳感 器；型號為JGS1的熔石英l作為聲光介質(zhì)，它是聲與光相互活動的"公共場 所"；吸聲器是由熔石英楔形塊和吸聲材料、導熱膠組成，膠合在換能器產(chǎn)生 聲波的對面，作用是消除反射回波，而保證介質(zhì)中聲的傳播為行波、吸聲器 為45度楔形；溫控開關(guān)8為美國公司PIPEN型，當二維聲光Q開關(guān)器件設(shè) 定溫升超過允許范圍時，起到自動切斷驅(qū)動電源7功率輸出的功能，有效保 護設(shè)備運行安全。本實用新型的工作原理:驅(qū)動電源7輸出射頻功率并傳輸?shù)絻蓚€換能器2、 3上，換能器2、 3將電功率轉(zhuǎn)換為超聲功率并傳輸?shù)铰暪饨橘|(zhì)中，由于彈光 效應(yīng)而發(fā)生形變，產(chǎn)生"相位光柵"。激光東通過介質(zhì)中的光柵時光的傳播方 向部分被改變發(fā)生衍射或繞射。本實用新型中，將二維聲光Q開關(guān)插入連續(xù) 激光腔內(nèi)，調(diào)節(jié)X和Y方向的布拉格角，便可獲得兩個方向和XY平面最佳 的衍射光強。當脈沖信號為高電平時，驅(qū)動電源7的功率通過換能器2、 3轉(zhuǎn) 換成超聲功率而造成激光的衍射，此時腔內(nèi)損耗大于增益瞬時使激光猝滅而 無能量輸出，此過程稱為激光能量積蓄期；當脈沖信號為零電平時，驅(qū)動電 源7無功率輸出，進而換能器2、 3也不產(chǎn)生超聲功率，由此通過熔石英聲光 介質(zhì)l的激光因無衍射損耗，瞬間釋放出高能級的激光而實現(xiàn)"Q"突變，產(chǎn) 生巨大的脈沖能量。以激光作為能量載體，通過計算機內(nèi)控軟件編程各種信 息控制驅(qū)動電源，本實用新型的聲光Q開關(guān)便可忠實的傳遞相關(guān)信息，即可 在激光工業(yè)設(shè)備中實現(xiàn)漢字，字符，圖表等功能。激光打標機，激光調(diào)阻機 等設(shè)備便是根據(jù)上述調(diào)Q原理實現(xiàn)的，在工業(yè)加工中得到了廣泛的應(yīng)用。參見圖4, L為入射光強(偏振/非偏振光)；1。為未衍射光強；Id為二維總衍射光強且lF (Ld+Ix2+Iyl+Iy2+Ixy+r xy )。其中Ld和Ix2分別為聲切變波與光互作用的一級和二級衍射光強；Iy!和Iy2分別為聲縱波與光互作用產(chǎn)生的一 級和二級衍射光強；Ixy和I' xy分別為兩種聲波與光的多次復合作用產(chǎn)生的交 叉調(diào)制衍射光強。工作原理為以驅(qū)動源載波頻率為fy的聲縱波與頻率為COo 的偏振或非偏振的入射光垂直分量有效發(fā)生互作用而產(chǎn)生L一次衍射和Iy2二 次衍射，而非偏振的所有分量(包括垂直分量)與頻率為fx的聲切變波互作 用產(chǎn)生Lu和Ix2的光衍射。同時，Ec和fy與光波的極化和復合疊加交叉調(diào)制， 產(chǎn)生了Ixy和r xy的附加衍射損耗。由此可以看到兩個互為垂直的聲波與光 互作用的結(jié)果相當于兩個獨立聲光Q開關(guān)所起到的功能作用，而交叉調(diào)制引 起的衍射損耗則是額外的收獲。因此總的衍射損耗增加，"Q"突變輸出的激 光能量更強，插入元件減少，制造成本降低，非常適合于高功率，高增益調(diào)Q 激光器。本實用新型的實驗結(jié)果如下本實用新型已經(jīng)在同一塊聲光介質(zhì)上制作出聲縱模和切變模行波的聲光Q開關(guān)，聲光介質(zhì)為熔石英，換能器為鈮酸鋰晶體，工作頻率同為27.12MHz, 有效通光孔徑6mm， 1.064jum的光學通過率〉99.7%,駐波比<1.2: 1。驅(qū)動 電源輸出功率為2x50W,脈沖重復率為0.5—50KHz。試驗用激光器為Nd: YAG多模激光器，連續(xù)光功率為58W。經(jīng)測試器件的綜合性能為衍射損耗 >80%，插入損耗<3%。用5KHz脈沖頻率對激光調(diào)Q試驗，激光被有效關(guān) 斷，圖文處理效果極佳。與本實用新型有關(guān)的已有技術(shù)參考文獻1、 張澤紅、陳文友兩維聲光Q開關(guān)?！秹弘娕c聲光》1998.No丄P20;2、 李強、鄭義軍等雙聲光二維Q開關(guān)?！秹弘娕c聲光》2003.No.3P25;3、 GOOCH&HOUSEGO "Acousto-optic super Q-Switch Instruction manual" June 2006。
權(quán)利要求1、一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，包括聲光介質(zhì)、計算機，其特征在于還包括縱波換能器、切變波換能器、LC匹配網(wǎng)絡(luò)、高頻插座、驅(qū)動電源、溫控開關(guān)、吸聲器，所述計算機通過其同步信號與驅(qū)動電源連接，驅(qū)動電源與高頻插座連接，高頻插座與LC匹配網(wǎng)絡(luò)連接，LC匹配網(wǎng)絡(luò)與縱波換能器、切變波換能器連接，縱波換能器、切變波換能器與聲光介質(zhì)聯(lián)接，溫控開關(guān)與驅(qū)動電源連接，吸聲器膠合在聲光介質(zhì)上。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，其特征在 于所述縱波換能器、切變波換能器為梯形形狀，其中，縱波換能器 位于聲光介質(zhì)的Y平面，切變波換能器位于聲光介質(zhì)的X平面。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，其特征在 于所述縱波換能器、切變波換能器為鈮酸鋰晶體。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，其特征在 于所述縱波換能器、切變波換能器通過焊接與聲光介質(zhì)聯(lián)接。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，其特征在 于所述LC匹配網(wǎng)絡(luò)、高頻插座、吸聲器、驅(qū)動電源，均為兩套， 分別用于驅(qū)動縱波換能器、切變波換能器。
6、 如權(quán)利要求1或2所述的一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，其特 征在于所述吸聲器為契形，膠合在聲光介質(zhì)Y平面的對面和X平 面的對面。
專利摘要本實用新型涉及一種激光調(diào)Q開關(guān)，本實用新型公開了一種同介質(zhì)二維聲光Q開關(guān)，包括聲光介質(zhì)、吸聲器、計算機，還包括縱波換能器、切變波換能器、LC匹配網(wǎng)絡(luò)、高頻插座、驅(qū)動電源、溫控開關(guān)，所述計算機通過其同步信號與驅(qū)動電源連接，驅(qū)動電源與高頻插座連接，高頻插座與LC匹配網(wǎng)絡(luò)連接，LC匹配網(wǎng)絡(luò)與縱波換能器、切變波換能器連接，縱波換能器、切變波換能器與聲光介質(zhì)聯(lián)接，溫控開關(guān)與驅(qū)動電源連接。本實用新型調(diào)制損耗高，插入元件少，制造成本低，非常適合于高功率、高增益調(diào)Q激光器使用的聲光Q開關(guān)。
文檔編號H01S3/11GK201118091SQ20072008682
公開日2008年9月17日 申請日期2007年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者文 孫, 程五四, 陳文友 申請人:武漢中谷電源設(shè)備有限公司