本發(fā)明涉及一種提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置，可用于基于非線性晶體的固體激光器。

背景技術(shù)：

固體激光器的工作物質(zhì)，由光學(xué)透明的晶體或玻璃作為基質(zhì)材料，摻以激活離子或其他激活物質(zhì)構(gòu)成。這種工作物質(zhì)一般應(yīng)具有良好的物理化學(xué)性質(zhì)、窄的熒光譜線、強(qiáng)而寬的吸收帶和高的熒光量子效率。

各向同性的立方晶系結(jié)構(gòu)在高功率激光運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱致雙折射效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生退偏損耗，影響最終輸出激光的功率，近年來(lái)，各個(gè)研究機(jī)構(gòu)傾向于選擇非線性晶體作為摻雜離子的基質(zhì)，這些非線性晶體往往有一個(gè)或幾個(gè)偏振吸收譜，同時(shí)泵浦光入射方向在與晶體光軸成一定角度時(shí)獲得晶體的發(fā)射譜。而在實(shí)驗(yàn)中，泵浦光為非線偏光時(shí)，獲得激光的普遍的方式是采用直接泵浦的方式，這樣就造成泵浦光進(jìn)入晶體的功率大大減少。

除此之外基于非線性晶體的非線性效應(yīng)的激光器中，如倍頻激光器、光參量振蕩器等，同樣需要泵浦光為線偏光。對(duì)這種激光器，當(dāng)泵浦光為非線偏光時(shí)，采用的方法是偏振片起偏后用半波片旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)節(jié)線偏光的偏振方向來(lái)實(shí)現(xiàn)相位匹配。這種方法也會(huì)使泵浦光利用的效率太低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有的使用非線偏光泵浦的固體激光器輸出激光能力差的問(wèn)題，提出了一種將非線偏泵浦光通過(guò)偏振分束棱鏡分束為兩束線偏光之后再進(jìn)行偏振合束，從而提高固體激光器的效率的裝置。

本發(fā)明原理如下：

將非線偏的泵浦光通過(guò)輸入偏振棱鏡分成兩束偏振方向相互垂直的線偏光，用這兩束線偏光分別泵浦兩臺(tái)完全一樣的激光器，被泵浦的晶體是對(duì)泵浦光的偏振特性有嚴(yán)格要求的，一般為非線性晶體或者基質(zhì)為非線性晶體的摻雜晶體。之后使用與輸入偏振棱鏡相同的輸出偏振棱鏡對(duì)兩路激光器輸出的激光進(jìn)行偏振合束，在其中一路激光器輸出后設(shè)置有相位控制模塊，在偏振合束其后面有分束器，可以使大部分合成后的激光直接輸出，而小部分的合成激光重新進(jìn)入一個(gè)分束偏振棱鏡，又分成兩束偏振光，通過(guò)相位分析模塊分析這兩束偏振光的強(qiáng)度和相位特性，并將分析結(jié)果通過(guò)驅(qū)動(dòng)相位控制模塊時(shí)兩路激光器輸出相同相位，最終獲得完全的線偏光。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置，包括非線偏泵浦光，輸入偏振棱鏡，兩臺(tái)相同的使用線偏光泵浦的第一激光器和第二激光器，第一全反射鏡、第二全反射鏡，輸出偏振棱鏡，分束鏡、相位檢測(cè)控制裝置以及相位補(bǔ)償裝置；

所述的非線偏泵浦光經(jīng)所述的輸入偏振棱鏡分成兩束偏振態(tài)相互垂直的反射光和透射光，所述的反射光泵浦第一激光器輸出第一激光束，該第一激光束經(jīng)所述的第一全反射鏡反射后射入所述的輸出偏振棱鏡，所述的透射光泵浦第二激光器輸出第二激光束，該第二激光束經(jīng)所述的第二全反射鏡反射后射入所述的輸出偏振棱鏡，所述的第一激光束和第二激光束經(jīng)輸出偏振棱鏡合束后，入射到所述的分束鏡，經(jīng)該分束鏡分束，其中小部分的反射光被相位檢測(cè)控制裝置接收，該相位檢測(cè)控制裝置驅(qū)動(dòng)設(shè)置在所述的第一全反射鏡和輸出偏振棱鏡的光路之間或所述的第二全反射鏡和輸出偏振棱鏡的光路之間的相位補(bǔ)償裝置進(jìn)行相位補(bǔ)償，使兩路激光束同相位進(jìn)入輸出偏振棱鏡，實(shí)現(xiàn)相干偏振合束；

所述的第一激光束和第二激光束的中心波長(zhǎng)一致，且具有固定相位差和偏振方向相互垂直的線偏光。

所述相位檢測(cè)控制裝置包括偏振分光棱鏡，第一光電探測(cè)器，第二光電探測(cè)器和相位分析控制模塊；所述的分小部分的反射光經(jīng)過(guò)偏振分光棱鏡反射輸出第一偏振光，同時(shí)，經(jīng)過(guò)偏振分光棱鏡透射輸出第二偏振光，所述的第一偏振光經(jīng)第一光電探測(cè)器進(jìn)入相位分析控制模塊，所述的第二偏振光經(jīng)第二光電探測(cè)器進(jìn)入相位分析控制模塊，通過(guò)所述的相位分析控制模塊分析第一偏振光和第二偏振光的光強(qiáng)和相位信息并將結(jié)果反饋，驅(qū)動(dòng)所述的相位補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償；

所述的第一偏振光和第二偏振光為線偏光，且偏振方向相互垂直。

所述的非線偏泵浦光為脈沖激光，中心波長(zhǎng)為350～4000nm。

所述輸入偏振棱鏡為PBS，材料為K9使用波長(zhǎng)為350～2000nm、使用ZF2適用波長(zhǎng)為400～2000nm；或者，格蘭泰勒型棱鏡，材料為冰洲石適用波長(zhǎng)為350～2300nm，材料為α-BBO適用波長(zhǎng)為190～3500nm，材料為YVO4適用波長(zhǎng)為500～4000nm；或者格蘭-湯普森型棱鏡，材料為冰洲石適用波長(zhǎng)為350～2300nm，材料為α-BBO適用波長(zhǎng)為190～3500nm。

所述的第一激光器和第二激光器均可為直線腔，所述的第一激光器包括第一輸入鏡，第一增益介質(zhì)、第一輸出鏡；所述的第二激光器包括第二輸入鏡，第二增益介質(zhì)、第二輸出鏡。

所述的非線偏泵浦光經(jīng)所述的輸入偏振棱鏡分成兩束偏振態(tài)相互垂直的反射光和透射光，所述的反射光進(jìn)入由所述的第一輸入鏡，和第一輸出鏡形成的諧振腔泵浦第一增益介質(zhì)輸出第一激光束，所述的透射光進(jìn)入由所述的第二輸入鏡和第一輸出鏡形成的諧振腔泵浦第二增益介質(zhì)輸出第二激光束。

所述的第一激光器和第二激光器均可為四鏡環(huán)形腔。

所述的第一全反射鏡和第二全反射鏡的反射角度可調(diào)節(jié)，確保第一激光束和第二激光束分別垂直入射到輸出棱鏡之后合束的光路共軸。

所述的第一激光器和第二激光器均為倍頻激光器或光參量振蕩器或其他要求泵浦光為線偏光的激光器。

所述輸出偏振棱鏡與輸入偏振棱鏡相同。

所述相位控制模塊為空間光調(diào)制器或者聲光相位調(diào)制器。

所述相位控制模塊包括一個(gè)相位補(bǔ)償裝置、一個(gè)相位檢測(cè)裝置。相位檢測(cè)裝置通過(guò)一個(gè)分束偏振棱鏡將合束后的激光的一小部分分成兩束相互垂直的偏振光，分別使用光探測(cè)器探測(cè)這兩束光，之后分析這兩束的光強(qiáng)和相位信息并將結(jié)果反饋，驅(qū)動(dòng)相位補(bǔ)償裝置實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償。

所述輸出分束鏡為反射率為1％，透過(guò)率為99％的鏡片。也可根據(jù)實(shí)驗(yàn)光強(qiáng)更換分光比略大的分束鏡，但原則上不超過(guò)5％。

采用本發(fā)明中的技術(shù)方案，與目前已有非線偏光泵浦的激光器相比，具有以下特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：

1將泵浦光分成兩束完全的線偏光，分別泵浦激光器，將輸出的兩束線偏光合束，可以大大提高激光器的效率，大大提高泵浦光的利用率。

2采用線偏合束的方式，可以確保合束后的激光為完全線偏光，與不采用此技術(shù)方案的激光器輸出光的特性一致，合束過(guò)程不會(huì)導(dǎo)致退偏、光束質(zhì)量退化。

3適用于對(duì)泵浦光的線偏度有要求的激光器，比如倍頻激光器，光參量振蕩器等。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)圖

圖2本發(fā)明提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用于1064nm倍頻系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖做進(jìn)一步說(shuō)明，使讀者更清晰的了解該發(fā)明；

實(shí)施例1：請(qǐng)參閱圖1，圖1是本發(fā)明提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)圖，如圖所示，一種提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置，包括非線偏泵浦光1，輸入偏振棱鏡2，兩臺(tái)相同的使用線偏光泵浦的第一激光器18和第二激光器19，第一全反射鏡6、第二全反射鏡10，輸出偏振棱鏡11，分束鏡12、相位檢測(cè)控制裝置20以及相位補(bǔ)償裝置17；所述相位檢測(cè)控制裝置20包括偏振分光棱鏡13、第一光電探測(cè)器14、第二光電探測(cè)器15和相位分析控制模塊16。

所述的非線偏泵浦光1經(jīng)所述的輸入偏振棱鏡2分成兩束偏振態(tài)相互垂直的反射光和透射光，所述的反射光泵浦第一激光器18輸出第一激光束，該第一激光束經(jīng)所述的第一全反射鏡6反射后射入所述的輸出偏振棱鏡11，所述的透射光泵浦第二激光器19輸出第二激光束，該第二激光束經(jīng)所述的第二全反射鏡10反射后射入所述的輸出偏振棱鏡11，所述的第一激光束和第二激光束經(jīng)輸出偏振棱鏡11合束后，入射到所述的分束鏡12，經(jīng)該分束鏡12分束，其中小部分的反射光經(jīng)過(guò)偏振分光棱鏡13反射輸出第一偏振光，同時(shí)，經(jīng)偏振分光棱鏡13透射輸出第二偏振光，所述的第一偏振光經(jīng)第一光電探測(cè)器14進(jìn)入相位分析控制模塊16，所述的第二偏振光經(jīng)第二光電探測(cè)器15進(jìn)入相位分析控制模塊16，通過(guò)所述的相位分析控制模塊16分析第一偏振光和第二偏振光的光強(qiáng)和相位信息并將結(jié)果反饋，通過(guò)相位分析控制模塊16的驅(qū)動(dòng)頻率或者電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)相位補(bǔ)償裝置17實(shí)現(xiàn)相位補(bǔ)償，使兩路激光束同相位進(jìn)入輸出偏振棱鏡，實(shí)現(xiàn)相干偏振合束。

所述的第一激光束和第二激光束的中心波長(zhǎng)一致，且具有固定相位差和偏振方向相互垂直的線偏光。

所述的非線偏泵浦光1為脈沖激光，該激光的平均功率可以為幾十毫瓦到數(shù)百瓦，激光器的輸出中心波長(zhǎng)350～4000nm。

所述輸入偏振棱鏡2為PBS，材料為K9適用波長(zhǎng)為350～2000nm、使用ZF2適用波長(zhǎng)為400～2000nm；或者，格蘭泰勒型棱鏡，材料為冰洲石適用波長(zhǎng)為350～2300nm，材料為α-BBO適用波長(zhǎng)為190～3500nm，材料為YVO4適用波長(zhǎng)為500～4000nm；或者格蘭-湯普森型棱鏡，材料為冰洲石適用波長(zhǎng)為350～2300nm，材料為α-BBO適用波長(zhǎng)為190～3500nm。

所述的第一激光器18和第二激光器19均為倍頻激光器或光參量振蕩器或其他要求泵浦光為線偏光的激光器。

所述的第一激光器18和第二激光器19均可為直線腔。所述的第一激光器18包括第一輸入鏡3，第一增益介質(zhì)4、第一輸出鏡5；所述的第二激光器19包括第二輸入鏡7，第二增益介質(zhì)8、第二輸出鏡9。

所述的使用線偏光泵浦的第一激光器18和第二激光器19也可以使用四鏡環(huán)形腔，要求泵浦光和輸出激光在一條直線上。第一激光器18輸出的第一激光束和第二激光器19輸出的第二激光束，第一激光束和第二激光束為線偏光且線偏方向相互垂直。

所述的第一全反射鏡6和第二全反射鏡10反射角度可以調(diào)節(jié)，確保第一激光束和第二激光束分別垂直入射到輸出棱鏡之后合束的光路共軸。

在所述的第一激光器18和輸出偏振棱鏡11之間或第二激光器19和輸出偏振棱鏡11之間設(shè)有相位補(bǔ)償裝置17，通過(guò)相位檢測(cè)控制裝置20驅(qū)動(dòng)相位補(bǔ)償裝置17進(jìn)行相位補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)兩路激光同相位進(jìn)入輸出偏振棱鏡11，實(shí)現(xiàn)偏振相干合束。

非線偏泵浦光1通過(guò)輸入偏振棱鏡2后將激光分成兩束偏振態(tài)相互垂直的光，經(jīng)過(guò)兩臺(tái)相同的第一激光器18和第二激光器19后輸出的激光中心波長(zhǎng)一致，具有固定相位差。通過(guò)相位檢測(cè)控制裝置20進(jìn)行控制相位補(bǔ)償裝置17進(jìn)行相位補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)兩路激光同相位進(jìn)入輸出偏振棱鏡，實(shí)現(xiàn)相干偏振合束。

實(shí)施例2：請(qǐng)參閱圖2，圖2是本發(fā)明提高非線偏光泵浦的激光器效率的裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)圖，應(yīng)用于1064nm倍頻系統(tǒng)。包括非線偏泵浦光1，輸入偏振棱鏡2，帶有溫控爐的兩臺(tái)相同的基于LBO晶體的第一激光器18和基于LBO晶體的第二激光器19，第一全反射鏡6、第二全反射鏡10，輸出偏振棱鏡11，分束鏡12、相位檢測(cè)控制裝置20，相位補(bǔ)償裝置17。

所述的非線偏泵浦光1是由中心波長(zhǎng)1064nm的全光纖激光器輸出的，該非線偏泵浦光1的脈沖寬度為575ps，重復(fù)頻率為8.7kHz，中心波長(zhǎng)為1064nm。

所述輸入偏振棱鏡2為格蘭泰勒棱鏡。

所述的基于LBO晶體的第一激光器18包括第一輸入鏡3，第一倍頻晶體LBO4，第一輸出鏡5，第一溫控爐21；所述的基于LBO晶體的第二激光器19包括第二輸入鏡7，第二倍頻晶體LBO8，第二輸出鏡9，第二溫控爐22。

所述的第一全反射鏡6和第二全反射鏡10的反射角度可調(diào)節(jié)，確保第一激光束和第二激光束分別垂直入射到輸出偏振棱鏡11合束后的光路共軸。

將所述的第一溫控爐21和第二溫控爐22調(diào)節(jié)至相同的溫度，確保第一激光束和第二激光束的中心波長(zhǎng)相同。

在所述的基于LBO晶體的第一激光器18和輸出偏振棱鏡11之間或基于LBO晶體的第二激光器19和輸出偏振棱鏡11之間設(shè)有相位補(bǔ)償裝置17，通過(guò)相位檢測(cè)控制裝置20驅(qū)動(dòng)相位補(bǔ)償裝置17進(jìn)行相位補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)兩路激光同相位進(jìn)入輸出偏振棱鏡11，實(shí)現(xiàn)偏振相干合束。

所述相位檢測(cè)控制裝置20包括偏振分光棱鏡13，第一光電探測(cè)器14，第二光電探測(cè)器15和相位分析控制模塊16；

所述的第一偏振光和第二偏振光為線偏光，且偏振方向相互垂直。

非線偏泵浦光1通過(guò)輸入偏振棱鏡2后將激光分成兩束偏振態(tài)相互垂直的光，經(jīng)過(guò)兩臺(tái)相同的基于LBO晶體的第一激光器18和基于LBO晶體的第二激光器19后輸出的激光中心波長(zhǎng)一致，具有固定相位差。通過(guò)相位檢測(cè)控制裝置20進(jìn)行控制相位補(bǔ)償裝置17進(jìn)行相位補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)兩路激光同相位進(jìn)入輸出偏振棱鏡11，實(shí)現(xiàn)相干偏振合束。