專(zhuān)利名稱(chēng)：偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)q固體激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)，具體涉及一種偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器。
背景技術(shù)：
獲得高平均功率、高峰值功率、高光束質(zhì)量的激光輸出， 一直是激光器研制領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。目前，對(duì)高功率連續(xù)固體激光器(ioow以上)，實(shí)現(xiàn)調(diào)Q技術(shù)多數(shù)采用串聯(lián)兩組聲光開(kāi)關(guān)形成相互垂直的超聲場(chǎng)的方式來(lái) 實(shí)現(xiàn)，這種方法無(wú)疑增加了諧振腔的調(diào)試難度，增加了腔內(nèi)插入損耗，降 低了輸出功率。而對(duì)于脈沖激光器， 一般采用電光調(diào)Q技術(shù)，通常需要插 入偏振元件，造成一部分偏振光損耗掉，降低了輸出能量，另一方面，在 高重復(fù)頻率的調(diào)Q激光器中，由于激光晶體的熱致雙折射效應(yīng)，會(huì)大大增 加諧振腔的退偏損耗，致使激光器的輸出激光模式的下降。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器，該調(diào)Q 固體激光器能夠克服現(xiàn)有棒狀固體激光器在調(diào)Q狀態(tài)下運(yùn)行的種種弊端， 不僅實(shí)現(xiàn)了退偏損耗的再利用，增加了激光轉(zhuǎn)換效率，提高光束質(zhì)量、而 且獲得具有偏振特性的激光輸出。本發(fā)明提供的偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器，它包括位于同一光路 上的第一全反鏡，第一調(diào)Q器件，偏振分束鏡，第一激光介質(zhì)，以及輸出 鏡，其特征在于偏振分束鏡的一個(gè)支路位于所述光路上，另一個(gè)支路上放置有第二全反鏡。在現(xiàn)有激光器諧振腔布局的基礎(chǔ)上，提出具有偏振耦合并聯(lián)式的諧振 腔結(jié)構(gòu)，對(duì)偏振分束鏡退偏損耗部分的能量進(jìn)行補(bǔ)償，使該部分激光重新 進(jìn)入到諧振腔中進(jìn)行諧振；通過(guò)偏振分束鏡對(duì)激光的偏振分束作用，使諧 振腔形成兩個(gè)正交偏振、能量補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)支路，在兩個(gè)并聯(lián)的支路內(nèi)激光 具有完全的線偏特性，而在兩支路的耦合部分具有部分正交偏振的激光特 性。因此可通過(guò)同步控制兩并聯(lián)支路上的電光調(diào)Q器件或直接控制耦合支 路上的聲光調(diào)Q器件，實(shí)現(xiàn)調(diào)Q的開(kāi)關(guān)過(guò)程，獲得高平均功率、高峰值功率、高光束質(zhì)量的激光輸出。具體而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)(1) 利用偏振分光的原理，將較高功率的激光進(jìn)行分解，分別在每個(gè)支路中進(jìn)行協(xié)同的電光調(diào)Q控制，降低調(diào)Q器件的要求，達(dá)到高效運(yùn)行。(2) 利用偏振分光的原理，在耦合支路上采用聲光調(diào)Q的控制，在達(dá) 到高效運(yùn)行的同時(shí)，可獲得激光的偏振輸出。(3) 對(duì)于采用偏振分光鏡進(jìn)行并聯(lián)耦合的調(diào)Q激光器，通過(guò)支路能量 的耦合，補(bǔ)償激光介質(zhì)的退偏損耗、增加諧振腔的選模能力，實(shí)現(xiàn)了偏振 或部分偏振光的輸出。(4) 在偏振耦合并聯(lián)調(diào)Q的諧振腔中，通過(guò)是否采用W波片，增加 了各個(gè)并聯(lián)子腔能量的交換能力，實(shí)現(xiàn)了輸出激光偏振態(tài)的改變。當(dāng)諧振 腔內(nèi)不放入/l〃波片時(shí)，輸出的激光為部分正交偏振，當(dāng)插入義〃波片后， 輸出激光為部分圓偏振，可有效改變輸出激光的偏振態(tài)。(5) 并聯(lián)式調(diào)Q的方法有效的壓縮了激光諧振腔的腔長(zhǎng)，可獲得更高 的電光轉(zhuǎn)換效率。


圖1是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第一種實(shí)施方案的示意圖； 圖2是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第二種實(shí)施方案的示意圖； 圖3是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第三種實(shí)施方案的示意圖；圖4是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第四種實(shí)施方案的示意圖； 圖5是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第五種實(shí)施方案的示意圖； 圖6是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第六種實(shí)施方案的示意圖； 圖7是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第七種實(shí)施方案的示意圖； 圖8是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第八種實(shí)施方案的示意圖；圖9是偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器第九種實(shí)施方案的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明在偏振耦合并聯(lián)式諧振腔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)不同的實(shí)施方案， 實(shí)現(xiàn)了具有不同偏振態(tài)的激光輸出。根據(jù)偏振耦合并聯(lián)式諧振腔布局的不同，調(diào)Q器件可以是聲光調(diào)Q器件也可以是電光調(diào)Q器件；激光工作物質(zhì)可以是一個(gè)也可以是兩個(gè)；泵浦源可以是閃光燈也可以是半導(dǎo)體激光源，其工作方式可以是連續(xù)或脈沖工作方式。下面結(jié)合附圖和實(shí)例來(lái)說(shuō)明本發(fā) 明的多種具體實(shí)現(xiàn)方式。圖1所示，該激光器包括第一、第二全反鏡1和6，第一、第二調(diào)Q 器件2和7，偏振分束鏡3，激光介質(zhì)4，輸出鏡5。第一全反鏡l，第一調(diào) Q器件2，偏振分束鏡3，激光介質(zhì)4，以及輸出鏡5依次位于同一光路上， 第二全反鏡6位于偏振分束鏡3的另一個(gè)支路，第二調(diào)Q器件7位于第二 全反鏡6與偏振分束鏡3之間。第一、第二調(diào)Q器件2和7可以是兩個(gè)聲 光調(diào)Q器件也可以是兩個(gè)電光調(diào)Q器件，它們分別置于分束鏡3與全反鏡 l和6之間的兩個(gè)支路上。全反鏡1、 6與偏振分束鏡3構(gòu)成兩個(gè)并聯(lián)支路，并通過(guò)偏振分束鏡進(jìn) 行耦合與輸出鏡5構(gòu)成諧振腔。偏振分束鏡3是起偏鏡，它可以是以布儒 斯特角度放置的偏振鏡，也可以是有起偏分束作用的其他光學(xué)元件，如格 蘭棱鏡等；激光介質(zhì)可以用閃光燈泵浦，也可以用半導(dǎo)體二極管泵浦。工作原理為偏振分束鏡3將激光分成具有偏振態(tài)相互垂直的兩路， 分別在輸出鏡和兩個(gè)全反鏡之間形成兩個(gè)子諧振腔。兩路激光通過(guò)偏振分 束鏡3再次合束，穿過(guò)激光介質(zhì)，從輸出鏡5處輸出激光。兩個(gè)支路相互補(bǔ)償了由于棒狀激光介質(zhì)的熱應(yīng)力雙折射所帶來(lái)的退偏損耗，提高了輸出 激光的光束質(zhì)量。由于兩支路內(nèi)的激光為完全的線偏光，故在兩支路上布局的調(diào)Q器件可以是電光調(diào)Q也可以是聲光調(diào)Q器件。該類(lèi)調(diào)Q器件均能 有效關(guān)斷諧振腔內(nèi)的光路，實(shí)現(xiàn)諧振腔高損耗狀態(tài)，使得激光諧振腔不能 起振，等到激光介質(zhì)4中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累后，控制調(diào)Q器件2處于低損 耗狀態(tài)，激光諧振腔振蕩，大量的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在瞬間被消耗，產(chǎn)生調(diào)Q巨 脈沖從輸出鏡5輸出，形成具有部分正交偏振特性的激光輸出。如圖2所示，本發(fā)明的第二種實(shí)施方案的結(jié)構(gòu)與第一種實(shí)施方式所不 同的是第一全反鏡l,激光介質(zhì)4，偏振分束鏡3，第一調(diào)Q器件2，以及 輸出鏡5依次位于同一光路上，其它結(jié)構(gòu)相同。這種結(jié)構(gòu)從輸出鏡5所獲得的激光具有完全線偏激光輸出，因此與實(shí) 施方案1相比，當(dāng)調(diào)Q器件打開(kāi)時(shí)，產(chǎn)生調(diào)Q的巨脈沖從輸出鏡5輸出的 激光為完全線偏振光。圖3為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案3的示意圖，與圖 1相比，該方案僅在實(shí)施方案1并聯(lián)諧振腔結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在耦合支路上增 加了一個(gè)義"波片8，其他器件與工作原理與圖1完全相同。W波片8的 加入，增強(qiáng)了兩路并聯(lián)支路能量的耦合能力。并使得在輸出鏡5處形成的 激光具有部分圓偏光的特性。圖4為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案4的示意圖，該布 局，與實(shí)施方案2類(lèi)似，僅在耦合支路上增加了一個(gè)A"波片8。其他器件 與工作原理與圖2完全相同。義"波片8的加入，增強(qiáng)了兩路并聯(lián)支路能量 的耦合能力，并在輸出鏡5處形成具有線偏的激光輸出。圖5為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案5的示意圖，該方 案包括兩個(gè)全反鏡1和6，兩個(gè)調(diào)Q器件2、 7可以是電光調(diào)Q器件也可以 是聲光調(diào)Q器件，偏振分束鏡3，輸出鏡5和兩個(gè)激光介質(zhì)4、 9。兩個(gè)激光介質(zhì)4、 9分別放置在兩個(gè)支路上，并通過(guò)偏振分束鏡3進(jìn)行 耦合，在輸出鏡5處形成輸出。工作原理為分束鏡3將激光分束成兩路光，兩光路分別有各自的激光介質(zhì)形成獨(dú)立的諧振腔，通過(guò)偏振分束鏡3相互耦合起來(lái)。打開(kāi)調(diào)Q器 件2、 7的控制電源，調(diào)Q器件2、 7開(kāi)始處于高損耗狀態(tài)，激光諧振腔不 能起振，等到激光介質(zhì)4、 9中的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)積累后，控制調(diào)Q器件2、 7 處于低損耗狀態(tài)，激光諧振腔振蕩，大量的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)在瞬間被消耗，轉(zhuǎn) 換成大量光能分別在兩對(duì)全反鏡之間振蕩，再控制調(diào)Q器件2、 7處于高損 耗狀態(tài)。大量光能形成調(diào)Q巨脈沖從輸出鏡5輸出。從輸出鏡5處輸出激 光的偏振態(tài)為正交偏振。圖6為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案6的示意圖，該激 光器包括兩個(gè)全反鏡1和6，調(diào)Q器件2為一個(gè)聲光器件，輸出鏡5和激 光介質(zhì)4。偏振分束鏡3與全反鏡1和6形成兩個(gè)具有正交偏振的支路，并 通過(guò)偏振分束鏡3進(jìn)行耦合在耦合支路上形成具有正交偏振的激光，由于 聲光調(diào)Q器件采用衍射超聲場(chǎng)來(lái)關(guān)斷腔內(nèi)光路，對(duì)偏振態(tài)沒(méi)有選擇，因此 在耦合支路上一個(gè)聲光調(diào)Q器件就能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)支路的開(kāi)關(guān)運(yùn)行。由于偏振 分束鏡3對(duì)腔內(nèi)偏振態(tài)的控制能力，可以形成兩個(gè)支路的偏振態(tài)相互補(bǔ)償， 彌補(bǔ)了激光介質(zhì)退偏損耗，在輸出鏡5處獲得具有部分正交偏振的激光輸 出。圖7為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案7的示意圖，該激 光器的幾何布局與圖6基本相同，只是輸出鏡5和全反鏡1的位置不同。 輸出鏡5被設(shè)置在偏振支路上，其他器件的功能和工作原理與圖6相同， 因此在輸出鏡5處可以獲得線偏振的激光輸出。圖8為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案8的示意圖，該結(jié) 構(gòu)與圖6的布局相似，僅在激光介質(zhì)4和輸出鏡5之間，插入了義"波片8， 其他器件與諧振腔的功能完全相同，由于波片的存在增強(qiáng)了兩個(gè)并聯(lián)子腔 能量的耦合能力，使得輸出鏡5處輸出的激光具有部分圓偏振的特性。圖9為偏振耦合的并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器實(shí)施方案9的示意圖，該結(jié) 構(gòu)與圖7的結(jié)構(gòu)基本相同，僅在全反鏡1和激光工作物質(zhì)4之間插入了一 個(gè)A〃波片8，其他器件和諧振腔的功能與圖7完全相同。W波片8的加 入增加兩個(gè)并聯(lián)支路能量的耦合作用，使得在輸出鏡5處可獲得完全的線偏振光輸出。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，第一全反鏡l，第一調(diào)Q器件2，偏振分束鏡3，第一激 光介質(zhì)4，以及輸出鏡5之間的順序還可以作其它的變化，這種變化只可能 帶來(lái)輸出激光偏振特性的不同，不影響本發(fā)明的目的和技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)?？傊?，本發(fā)明不局限于上述具體實(shí)施方式
，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù) 本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式
實(shí)施本發(fā)明，因此， 凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都 落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器，它包括位于同一光路上的第一全反鏡(1)，第一調(diào)Q器件(2)，偏振分束鏡(3)，第一激光介質(zhì)(4)，以及輸出鏡(5)，其特征在于偏振分束鏡(3)的一個(gè)支路位于所述光路上，另一個(gè)支路上放置有第二全反鏡(6)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求(1)所述的偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器，其特 征在于在第二全反鏡(6)與偏振分束鏡(3)之間放置有第二調(diào)Q器件(7)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求(1)或(2)所述的偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光 器，其特征在于在第一激光介質(zhì)(4)的任一邊放置有義"波片(8)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求(2)所述的偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器，其特 征在于在偏振分束鏡(3)與第二調(diào)Q器件(7)之間放^置有第二激光介 質(zhì)(9)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種偏振耦合并聯(lián)式調(diào)Q固體激光器，它包括位于同一光路上的第一全反鏡，第一調(diào)Q器件，偏振分束鏡，第一激光介質(zhì)，以及輸出鏡，其特征在于偏振分束鏡的另一個(gè)支路上放置有第二全反鏡。這種具有偏振耦合并聯(lián)式的諧振腔結(jié)構(gòu)，對(duì)偏振分束鏡退偏損耗部分的能量進(jìn)行補(bǔ)償，使該部分激光重新進(jìn)入到諧振腔中進(jìn)行諧振；通過(guò)偏振分束鏡對(duì)激光的偏振分束作用，使諧振腔形成兩個(gè)正交偏振、能量補(bǔ)償?shù)牟⒙?lián)支路，在兩個(gè)并聯(lián)的支路內(nèi)激光具有完全的線偏特性，而在兩支路的耦合部分具有部分正交偏振的激光特性。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了退偏損耗的再利用，增加了激光轉(zhuǎn)換效率，提高光束質(zhì)量、而且獲得具有偏振特性的激光輸出。
文檔編號(hào)H01S3/11GK101335424SQ20081004837
公開(kāi)日2008年12月31日 申請(qǐng)日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
發(fā)明者曉 朱, 朱廣志, 朱長(zhǎng)虹, 齊麗君 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)