专利名称：一种光学部分起偏器的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光领域，尤其涉及光学起偏器领域。
背景技术：
对于光学起偏器，现在主要采用的是双折射晶体的起偏器是使入射到晶体 的光分成相互垂直的两束光， 一束线偏振光在偏振棱4竟内发生全反射，而另一 束线偏振光几乎完全透过，从而达到高削光比的起偏效果。如常用的格兰-汤姆 逊棱镜就是应用这种原理由两块方解石直角棱镜沿斜面相对胶合而成，阿曼一 马塞棱镜则是通过将晶体棱镜和玻璃棱镜通过胶合而成。采用这些起偏器件除 了器件体积较大，本身的制作工艺较为复杂困难的缺点之外，器件本身对透射 光的损耗也比较大由于采用胶合工艺因此其抗激光损伤能力也有限。另外，还
有使用PBS膜来实现起偏的PBS棱镜也是较为常用的光学起偏器件，但其尺寸 较大，价格较为昂贵，透射光的损耗也比较大，而且激光损伤阈值也较为有限。
对于光学部分起偏器一般通过将单个光学材料的表面加工成布儒斯特角， 以使S分量部分反射，而P分量完全透射。达到部分起偏的目的，但是此种器 件由于其加工成布儒斯特角的表面使得其应用受到很大限制，尤其在激光腔内 的应用中，只能使用在各种分离腔中， 一体化程度较差。
发明内容
针对上述已有技术的各种不足，才有本发明提出的必要性。本发明提出一 种易于实现，损耗较小，抗损伤阈值较高，并且易于与其他器件集成的光学结 构。
本发明的技术方案是该光学部分起偏器包括 第一楔角晶体(104),其竖直通光面(1041)与斜面(1042 )加工成布儒斯特
角(e);
与第一楔角晶体(104)对称放置且相同的第二楔角晶体(105)，其竖直通光面 (1051)与斜面(1052 )成布儒斯特角(e)(
第一楔角晶体(104)的斜面(1042 )与第二楔角晶体(105)的斜面(1052 ) 通过光胶膜(106)光胶或深化光胶结合在一起。
进一步的，所述的布儒斯特角(e) =arctan(n2/nl);
其中，nl为第一楔角晶体(104)和第二楔角晶体(105)的折射率，n2为光月交 膜(106)的折射率。
更进一步的优选，最好是光胶膜(106 )的折射率n2大于第一楔角晶体(104 ) 和第二楔角晶体(105)的折射率nl。
进一步的，所述的第一楔角晶体(104)和第二楔角晶体(105)的其他面 (1043、 1053 )可以加工成所需任意形状以实现对反射的偏振分量光的相应处 理。
进一步的，所述的第一楔角晶体(104)和第二楔角晶体(105)的材料可 以是K9、 SF11光学玻璃，也可以是YAG、 Nd:YAG、 GGG、 Nd:GGG光学晶体，也 可以是P分量偏振光折射率相同的不同光学材料，也可以是光轴相互平行的双 折射晶体材料，也可以是激光增益介质晶体材料。
所述的光学部分起偏器可以是单独分立元件插入分离腔激光器结构中。或 者，所述的光学部分起偏器可以是微片元件通过胶合、键合、光胶、深化光胶 等方式将各个光学元件集合成为一个整体构成微片式的激光器结构。本发明采用如上技术方案，具有光学结构易于实现，光损耗较小，抗损伤 阈值较高，并且适用于制作激光腔中尤其是微片式激光器中的起偏器，可以实 现与其他光学晶体或者光学器件的高效整合。
图l是本发明的结构示意图2是0角度和s偏振光及p偏振光的透过率的变化曲线图； 图3是本发明应用于激光器结构的示意图； 图4 (a)是本发明的第二种实施结构示意图； 图4 (b)是本发明的第三种实施结构示意图； 图5是本发明的第四种实施结构示意图。
具体实施例方式
现结合附图和具体实施方式
对本发明进一步说明。
本发明的光学原理是采用两个折射率相同的同 一种光学材料制作楔角晶体 对，楔角晶体相对斜面上镀折射率不同的光学材料膜层，楔角晶体对之间通过 光胶或深化光胶构成单一整块。其竖直通光面与中间斜面的光胶膜构成布儒斯
特角e，从而构成对p分量偏振光完全透射对s分量偏振光部分反射的平片型的 部分起偏器，其对p分量偏振光基本无损耗，理论透过率能够达到100%。 参阅图i所示，其中101为入射光，含有p分量偏振光和s分量偏振光，
102为反射光，是s分量偏振光，103为透射光，包含全部的p分量以及部分的 s分量。104， 105为折射率均为nl的光学材料，是一对楔角晶体对，106为折 射率为n2的光胶膜。0为楔角晶体104或105相对于光胶膜106的布儒斯特角， 该布儒斯特角e进一步满足arctan(n2/nl)。
第一楔角晶体104和第二楔角晶体105通过光胶或者深化光胶粘接成一个 整体，光胶膜106选择折射率n2大于或者小于折射率nl的材料。 一般最好选择折射率n2大于折射率nl的材料，此时的布儒斯特角e值更小更加有利用器
件体积的缩小。对于p分量光来说，通过此器件的理论透过率为100%，而s分
量光不能完全透过，有一部分被反射，入射光通过此部分起偏器，通过折射率
nl的材料到折射率n2的材料的交界面，再从折射率n2的材料到达折射率nl的
材料，均满足布儒斯特角e入射条件，s偏振光被反射两次，正是由于这种差异
产生了部分起偏的效果。
图2为e取不同值时，s偏振光及p偏振光的透过率的变化曲线，201为p 光的透过率曲线，202为s光的透过率曲线。203为p光的透过率为100%对应
的点，即为e等于布儒斯特角时对应的位置。以光学材料YAG晶体为例，光胶
膜材料以Si02为例，对于1064nm光，YAG晶体折射率nl = 1. 82， Si02的折射率 n2 = 1.447,计算e-arctan(n2/nl)= 38. 487。入射角为il,折射角为<formula>formula see original document page 7</formula>
<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 7</formula>
表示s偏振光的透过率，Tp(nl， n2， il)表示p偏振光的透过率。 计算可得
7>(1.82，1.447,38.487deg) = l， 7H1.82,1.447，38.487deg)2 = O.卯l
可见p偏振光无损耗，完全透过，Ts光单次通过率为90. 1%,如果将此器件放入 谐振腔中，当激光在腔中分别往返50, 100次时，其透过率分别变为7i(1.82，1.447，38.487deg)2。0 = 2.956x10—5 7i(1.82,1.447，38.487deg)4。。 = 8.737xl0一10 s偏振光的透过率只有0. 003%, 0. 000000087%，基本已经完全损津€掉，而p光完 全透过基本没有损耗，这样就达到了很好的起偏效果。
图3为采用此光学起偏器进行腔内偏振控制的分离式激光腔结构。其中， 301为激光腔前腔镜，曲率半径为Rl， 302为激光腔的后腔镜曲率半径为R2, 303为激光增益介质，可以为各向同性的也可以为各向异性的，304为非线性晶 体，根据腔形结构的需要R1、 R2可以取不同的取值，各晶体以及腔镜根据实现 激光输出的要求镀各种膜系，楔角晶体104、楔角晶体105、光胶膜106组成的 本发明的光学部分起偏器，通光面3032、 1041、 1051、 3041可以根据要求镀增 透膜，高反膜等各种膜层。还可以将膜层镀在通光面3031以及通光面3042上 以实现激光前后腔镜的目的。通光面3032、 1041、 1051、 3041还可以镀光月交膜， 通过光胶，深化光胶等方式将其整合成一个整体，实现一体化的结构。
对于需要对偏振进行控制的激光系统来说，尤其对于各向同性的激光晶体 来说，还可以直接将激光晶体表面加工成布儒斯特角的斜面，然后通过光胶膜 将两块晶体光胶或者深化光胶起来，使得激光晶体本身就构成一部分起偏器。 如图4(a)所示，3033、 3034为各向同性的激光晶体，106为光胶膜，0为激光 晶体3033、 3034相对于光胶膜106的布儒斯特角。激光晶体3033与激光晶体 3034通过光胶或深化光胶成为一个整体，其作为激光增益介质可以应用于分离 腔以及微片式激光器结构中，同时实现起偏器的作用。
参阅图4(b)所示，将激光晶体3035、 3036加长，加工到实际需要的长度和
形状，e为激光晶体相对于光胶膜的布儒斯特角。
本发明提出的部分起偏器非常适合应用于非双折射晶体激光增益介质制作为振荡激光偏振方向固定的基波激光器，腔内倍频激光器，构成loyt滤波的单 纵模基波和倍频光输出激光器，M: YAG/Cr: YAG被动调Q激光器，0P0激光器等。 本发明提出的光学部分起偏器结构还可以由双折射晶体材料构成，如图5 所示，501、 502为光轴相互平行的双折射晶体，106为本发明所述的光月交膜层。 9为双折射晶体p分量光的折射率相对于光胶膜折射率的布儒斯特角。
尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员 应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式 上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种光学部分起偏器，其特征在于包括第一楔角晶体(104)，其竖直通光面(1041)与斜面(1042)加工成布儒斯特角(θ)，与第一楔角晶体(104)对称放置且相同的第二楔角晶体(105)，其竖直通光面(1051)与斜面(1052)成布儒斯特角(θ)，第一楔角晶体(104)的斜面(1042)与第二楔角晶体(105)的斜面(1052)通过光胶膜(106)光胶或深化光胶结合在一起。
2. 根据权利要求1所述的光学部分起偏器，其特征在于所述的布儒斯特角(e) =arctan (n2/nl)j其中，nl为第一楔角晶体(104 )和第二楔角晶体(105 )的折射率，n2为光月交 膜(106)的折射率。
3. 根据权利要求2所述的光学部分起偏器，其特征在于最好是光胶膜(106) 的折射率n2大于第一楔角晶体(104 )和第二楔角晶体(105 )的折射率nl。
4. 根据权利要求l所述的光学部分起偏器，其特征在于所述的第一楔角晶体 (104)和第二楔角晶体(105)的其他面(1043、 1053 )可以加工成所需任意形状以实现对反射的偏振分量光的相应处理。
5. 根据权利要求1所述的光学部分起偏器，其特征在于所述的第一楔角晶体 (104 )和第二楔角晶体(105 )的材料可以是K9、 SF11光学玻璃，也可以是YAG、M:YAG、 GGG、 Nd:GGG光学晶体，也可以是p分量偏振光折射率相同的不同光学 材料，也可以是光轴相互平行的双折射晶体材料，也可以是激光增益介质晶体 材料。
6. 根据权利要求1-5任一所述的光学部分起偏器，其特征在于所述的光学部分起偏器可以是单独分立元件插入分离腔激光器结构中。
7.根据权利要求l-5任一所述的光学部分起偏器，其特征在于所述的光学部 分起偏器可以是微片元件通过胶合、键合、光胶、深化光胶等方式将各个光学 元件集合成为一个整体构成微片式的激光器结构。
全文摘要
本发明涉及激光领域，尤其涉及光学起偏器领域。本发明的光学原理是采用两个折射率相同的同一种光学材料制作楔角晶体对，楔角晶体相对斜面上镀折射率不同的光学材料膜层，楔角晶体对之间通过光胶或深化光胶构成单一整块。其竖直通光面与中间斜面的光胶膜构成布儒斯特角θ，从而构成对P分量偏振光完全透射对S分量偏振光部分反射的平片型的部分起偏器。本发明采用如上技术方案，具有光学结构易于实现，光损耗较小，抗损伤阈值较高，并且适用于制作激光腔中尤其是微片式激光器中的起偏器，可以实现与其他光学晶体或者光学器件的高效整合。
文档编号H01S3/108GK101587202SQ200910112119
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者余洪瑞, 凌吉武, 砺 吴, 坤 贺, 陈卫民 申请人:福州高意通讯有限公司