一种多块晶体电光Q开关器件(一)技术领域
本发明将涉及一种多块晶体电光Q开关器件，属于旋光性电光晶体材料在光电技
术领域中的应用。
(二)背景技术
在激光技术领域中，Q开关器件是脉冲激光器中使用的一种必不可少的光学器件。
电光Q开关器件因其工作状态稳定，便于与其它应用设备在时序上同步，在激光系统
中有着广泛的应用。目前，使用化的电光Q开关器件多由DKDP晶体、LiNbO3晶体、
BBO晶体、LGS晶体来制造。用DKDP晶体制作的电光Q开关具有损伤阈值高，光学
均匀性好的优点。但因其利用的是DKDP晶体的纵向电光效应，由于必需采用环形电
极，所加电场不均匀，动态消光比较低，开关不够严，半波电压高，且不可调，随温度
的变化比较大。因DKDP是水溶性晶体，需加防潮装置，制作工艺复杂。用LiNbO3
晶体制作的电光Q开关，由于利用的是其横向电光效应，半波电压随晶体纵横比的大
小可调，但LiNbO3晶体的损伤阈值低，光学均匀性比较差，在低温情况下，半波电压
随温度的变化比较大。BBO晶体在生长长度适合制作电光Q开关器件长度的晶体技术
难度很大，价格昂贵，加之BBO晶体仍存在微潮解，广泛使用受到局限。LGS晶体具
有旋光性，电场偏压影响晶体的旋光性，Q开关器件的消光比受晶体生长应力影响大。
特别使，对于长波长应用时，要求晶体长度很长(大于100mm)，对晶体质量要求苛刻，
生长技术难度很大，成本很高。因此，这些晶体电光Q开关器件在应用方面仍不尽人
意。需要发展新型结构的电光Q开关器件。
LGS晶体属三方晶系，32点群，具有电光、旋光等多种功能效应。利用LGS晶体
的横向电光效应设计，根据
V π = λ 2 n 0 3 γ 11 ( l / d ) ]]>的关系(其中λ为所用激光波长，n0为
LGS晶体的O光的折射率，l/d为LGS单晶通光方向长度和电场方向厚度之比，称纵
横比)，可以通过改变其纵横比或多块LGS晶体组合构造来调节器件的半波电压Vπ。
除了电光效应外，LGS晶体同时还具有旋光性，这给器件设计带来了困难。LGS
晶体电光Q开关器件解决旋光性问题的基本方法是：采用沿光轴方向通光，并使光波
在激光器谐振腔内来回两次通过LGS晶体，使其偏振面的旋转角度为零，消除了旋光
性的影响。当LGS晶体电光Q开关器件采用加压驱动模式时，上述的方法比较有效。
但仍然存在Q开关器件的消光比和激光输出模式受晶体生长应力影响大的问题，器件
的应用不近人意。对于目前激光技术中广泛采用的退压驱动模式，电场偏压影响晶体的
旋光性，Q开关器件的消光比小，难以满足使用要求。
(三)发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种由多块晶体构造的电光Q开关器件。
本发明技术方案如下：
本发明的电光Q开关器件由至少两块La3Ga5SiO14(LGS)或掺Nd离子La3Ga5SiO14
或相关系列晶体材料La3Ga5-xAlxSiO14、Sr3Ga2Ge4O14、Na2CaGe6O14、Ca3Ga2Ge4O14、
La3Ga5.5Nb0.5O14或La3Ga5.5Ta0.5O14制成，当晶体材料为La3Ga5-xAlxSiO14，x取值范围0～
5。
上述各块晶体通过机械夹具或光学胶合剂按相邻两块晶体X轴方向相互垂直、Y
轴方向相互垂直、Z轴方向取向一致固定，各块晶体X轴方向、Y轴方向、Z轴方向取
向一致。
组成器件的晶体块数原则上没有限制，考虑到应用的要求，以2～10块为佳。
所用光学胶合剂需具有较高的抗激光强度，机械夹具要求有较高的精密度。
晶体材料设计切型为：各块晶体沿物理学X轴方向(其尺寸定义为厚度d)、物理
学Y轴方向(其尺寸定义为宽度w)、物理学Z轴方向(其尺寸定义为长l)切割。X
轴方向或Y轴方向的晶面镀金属膜，并施加电场。Z轴方向两端面抛光并镀激光增透
膜为通光方向。
上述尺寸l取值范围：8mm～1500mm，厚度d的取值范围4mm～20mm，厚度方
向加电场，宽度w的取值范围为4mm～20mm。结构示意图如图4所示。
本发明与现有技术相比具有如下优良效果：
①通过研究三方晶系、32点群LGS晶体晶体学轴和物理学轴的不一致性，设计
用两块及两块以上物理学轴相互垂直的LGS晶体构造电光Q开关器件。使电场偏压对
两块晶体旋光性的影响能相互补偿，使晶体生长应力对两块晶体产生的附加位相差的相
互抵消。从而提高了Q开关器件的消光比和激光输出质量，满足了退压驱动模式的使
用要求；②设计用两块及两块以上物理学轴相互平行的LGS晶体构造电光Q开关器件。
解决了长波长应用时，要求晶体长度很长(大于100mm)、对晶体质量要求苛刻、生长
技术难度很大，制作成本很高等问题。
本发明的电光Q开关更适合于在目前广泛应用的中等功率激光器中使用，克服了
现有电光Q开关半波电压高，电场偏压影响晶体的旋光性，Q开关器件的消光比受晶
体生长应力影响大，长波长应用对晶体长度很长(大于100mm)和晶体质量要求苛刻
等缺点。
(四)附图说明
图1是一般单块LGS晶体电光Q开关结构示意图。晶体尺寸如图中所标。
图2是两块LGS晶体电光Q开关构造示意图。晶体尺寸如图1中所标，X方向(或
Y方向)相互平行。
图3是两块LGS晶体电光Q开关构造示意图。晶体尺寸如图1中所标，X方向(或
Y方向)相互垂直。
图4是多块LGS晶体电光Q开关构造示意图。晶体尺寸如图1中所标，相邻晶体
的X方向(或Y方向)相互垂直。
(五)具体实施方式
实施例1：La3Ga5SiO14(LGS)晶体电光Q开关
用两块LGS晶体制作的一电光Q开关构造如图2所示。每块晶体的Z方向长
l＝35mm，X方向的宽度w＝10mm，Y方向厚度d＝10mm，Z方向通光，X方向加电场，
两块晶体的X方向(或Y方向)相互平行。在掺Nd的YAG激光器中，采用加压驱动
模式，半波电压为2000V，重复频率分别为1次/秒，10次/秒时，实现了调Q的目的，
激光器单脉冲输出能量为1000mJ，脉冲宽度为10ns。
实施例2：La3Ga5SiO14(LGS)晶体电光Q开关
用两块LGS晶体制作的一电光Q开关构造如图2所示。每块晶体的Z方向长
l＝35mm，X方向的宽度w＝10mm，Y方向厚度d＝10mm，Z方向通光，X方向加电场，
两块晶体的X方向(或Y方向)相互垂直。在掺Nd的YAG激光器中，采用退压驱动
模式，半波电压为2000V，重复频率分别为1次/秒，10次/秒时，实现了调Q的目的，
激光器单脉冲输出能量为1000mJ，脉冲宽度为10ns。
实施例3：掺Nd离子La3Ga5SiO14(Nd:LGS)晶体电光Q开关
用两块Nd LGS晶体制作的一电光Q开关。每块晶体的Z方向长l＝45mm，X方向
的宽度w＝10mm，Y方向厚度d＝10mm，Z方向通光，X方向加电场，两块晶体的X方
向(或Y方向)相互垂直。
实施例4：Sr3Ga2Ge4O14(SGG)晶体电光Q开关
用两块SGG晶体制作的一电光Q开关。每块晶体的Z方向长l＝45mm，X方向的
宽度w＝10mm，Y方向厚度d＝10mm，Z方向通光，X方向加电场，两块晶体的X方向
(或Y方向)相互垂直。
实施例5：La3Ga5SiO14(LGS)晶体电光Q开关
用四块LGS晶体制作的-电光Q开关。每块晶体的Z方向长l＝15mm，X方向的
宽度w＝10mm，Y方向厚度d＝10mm，Z方向通光，X方向加电场，四块晶体中相邻的
X方向(或Y方向)相互垂直。