Raman-Nath衍射声光Q开关

激光技术领域中的一个重要分支是激光调制。利用激光调制技术改善激光工作状态提升 激光输出性能在实际应用中极其重要。经过调制的激光系统可以得到更广泛的应用。声光Q 开关是将连续波或者长脉冲激光调制为高重复频率、高峰值功率窄脉冲激光输出的关键器件。 近年来，小型高重复率峰值功率激光器件发展迅速，急需小型声光Q开关器件。

目前商品声光Q开关均为频率较高的超声波作用到声光介质产生Bragg(一级)衍射的 原理制造的。这种器件的特点是声光相互作用长度长(通常50mm左右)，因此器件体积较大。 这种器件利用一级衍射调制激光腔Q值，效率一般为50-80％左右。

本发明涉及的是一种用频率相对较低(10MHz左右)的超声波作用到声光介质上产生 Raman-Nath(多级)衍射原理设计制造的小型光开关器件。本器件特点是利用零级衍射调制 激光腔Q值，效率最高可达98％左右。由于Raman-Nath衍射的声光相互作用长度短(发明 者实验证明只有数毫米)，因而这种器件的体积可以做到比较小。

本发明依据的Raman-Nah声光衍射原理的特征是：加在声光介质上的声波频率低(通常
低于10MHz)；声光相互作用长度短；零级衍射效率高(理论上可达100％)。实际上，在
Raman-Nah声光衍射原理中，贝塞尔函数，被用来计算各(m)级衍射效率。这里综
量其中，Δn：表示声波引起的介质产生的折射率差；L表示声光相互作用
长度。当等值时，零级衍射效率零级衍射为暗场。此时，全部入射光能量
被声波衍射到各衍射级次中去，总衍射效率达到了100％。

发明者完成的测量Raman-Nah声光衍射的声光相互作用长度(一级衍射)实验结果表明： 当声频低于10MHz左右时，声光相互作用长度L≤8毫米，总衍射效率达到最大。实验结果 见附图1。另一方面，发明者完成的测量Raman-Nah声光衍射效率实验表明，当调节声功率 使得介质产生的折射率差Δn＝3×10-5左右，零级衍射几乎变为暗场，测得其功率只有入射光 的0.02左右，总衍射效率达98％。详见附图2照片。

1本发明运用了Raman-Nath声光衍射原理(异于现行声光Q开关商品的原理)，在充分 可靠的实验数据基础上设计并完成了Raman-Nath衍射声光Q开关器件。

2特殊设计了楔形声光晶体(熔石英/二氧化碲)尺寸：9(6)×6×8mm3。详见附图3。

3特殊设计了电声换能器的尺寸和最佳驻波比的超声波馈电参数。换能器的尺寸为： 8×6×0.2mm3；馈电参数电感为2μH，电容量0.2nF。

4设计并完成了具有水冷功能的器件机械结构。详见附图4(机械装配图)和图5(完成 的实物照片)。

图1发明者测量Raman-Nath声光衍射声光相互作用长度(一级衍射)的实验结果。图中 横坐标表示相互作用长度，纵坐标表示一级衍射光相对强度。实验条件：声波频率9MHz； 衍射光波长：黄曲线532nm(40mW)，蓝曲线532nm(3mW)，紫曲线633nm(2mW)。 从图上可见，无论衍射光波长和功率如何，相互作用长度均为8mm左右时，衍射达到最大。

图2发明者测量Raman-Nath声光衍射效率的实验结果照片。照片中间的暗光斑是零级衍 射，测得其功率只有不到入射光的0.02。实际上，总衍射效率已大于98％。

图3设计的声光Q开关中的楔形声光晶体(熔石英/二氧化碲)尺寸：9(6)×6×8mm3(通 光方向)。

图4设计的具有水冷功能的器件结构装配图。

图5加工完成的器件照片。外形尺寸为：60×55×14mm3(通光方向)。

1将楔形声光晶体(熔石英/二氧化碲)和电声换能器置于图4所示装配图中晶体座上。

2旋紧装配图中上面的四颗锁紧螺钉。

4将超声波馈电电路器件焊接在装配图中下方的空间内。

5接好馈电电路引出线。

6安装侧面板和底板。

7使用时，将位于装配图中上方的水嘴连接在被调制激光器的循环冷却水路中。