一种基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率激光器领域，具体涉及一种基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法。
【背景技术】
[0002]随着激光技术的不断发展和成熟，高功率激光具有越来越广泛的应用，深刻地影响了多个行业的发展。按工作方式划分高功率激光主要分为高峰值功率激光(即高能脉冲激光)和高平均功率激光。
[0003]对于高能脉冲激光，在多种应用领域要求激光具有一定的重复频率。然而直接提高高能脉冲激光器运行的重复频率，将会产生严重的热效应，从而影响激光器的性能，甚至导致激光器输出脉冲能量下降或者不能工作。对于高平均功率激光，应用需求对激光输出功率不断提出更高要求，而单路激光功率提升有限，难以实现较高的平均输出功率。
[0004]因此，无论是对于高能脉冲激光还是对于高平均功率激光，提高脉冲激光的重复频率都是亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本发明人认为应该通过脉冲激光合束解决该问题，对于高能脉冲激光，时序合束能够提高激光脉冲输出的重复频率，对于高平均功率激光，时序合束能够提高输出激光的平均功率。本发明提供一种基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法，本发明的装置和方法逆向利用畴反转电光晶体产生的光偏转，并将其与脉冲激光的特性以及同步机相结合，通过一级合束装置即可实现多路脉冲激光合束。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置，包括:
[0008]具有畴反转的电光晶体，所述电光晶体具有相互平行的上底面和下底面，所述电光晶体的自发极化方向与上底面和下底面垂直，所述电光晶体的畴结构沿所述电光晶体的最长边方向依次排列，相邻畴结构的自发极化方向相差180° ；
[0009]驱动电路，所述驱动电路的2个电极板分别与所述电光晶体的上底板和下底板相配合；
[0010]至少2个激光器，所述激光器的输出口与所述电光晶体的入射面相对，所述激光器输出的脉冲激光在入射面上的入射位置排列为一条直线，所述激光器输出的脉冲激光在出射面上的出射位置为同一点，出射的脉冲激光传输方向相同，所述入射面和出射面均为宽度方向所在的侧面；
[0011]同步机，所述驱动电路和全部的激光器分别与所述同步机相连接。
[0012]进一步，所述畴结构均为三角形，相邻的所述畴结构的交界面斜率大小相等并且方向相反。
[0013]进一步，相邻的所述畴结构的交界面与所述电光晶体的最长边所成的锐角为70-80。 。
[0014]进一步，相邻的畴结构的交界面与电光晶体的最长边所成的锐角为75°。
[0015]进一步，所述电光晶体包括5-20个畴结构。
[0016]进一步，所述电光晶体为铌酸锂晶体或钽酸锂晶体。
[0017]—种利用如上述的基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置进行的合束方法，包括以下步骤:
[0018](I)激光器的输出口与电光晶体的入射面相对，激光器输出的脉冲激光在入射面上的入射位置排列为一条直线，激光器由同步机控制，在不同的时刻重复输出脉冲激光；
[0019](2)当由不同激光器输出的脉冲激光在不同时刻入射到电光晶体的入射面时，同步机控制驱动电路对具有畴结构的电光晶体施加不同的电压；
[0020](3)所述脉冲激光由电光晶体的出射面出射，并且出射位置为同一点，出射后脉冲激光的传输方向相同，出射后经过激光准直元件，得到合束脉冲激光。
[0021]进一步，其中I个所述激光器输出的脉冲激光垂直于入射面，当该脉冲激光入射到所述电光晶体时，所述驱动电路对所述电光晶体施加的电压为零。
[0022]进一步，所述畴结构均为三角形，相邻的所述畴结构的交界面斜率大小相等并且方向相反。
[0023]进一步，相邻的所述畴结构的交界面与所述电光晶体的最长边所成的锐角为70-80。 。
[0024]本发明的有益效果如下:
[0025]1、将畴反转的电光晶体、驱动电路与同步机相结合，驱动电路给电光晶体施加电压，同步机控制施加电压的大小、方向和时刻，巧妙逆向利用具有畴结构的电光晶体的光偏转特性和脉冲激光的特点，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率；
[0026]2、通过同步机对多路脉冲激光时序上的控制，可以得到脉冲间隔时间相同或不同的合束脉冲激光；
[0027]3、通过本发明的合束装置可实现多路脉冲激光的合束，如需要更高重复频率的脉冲激光，将本发明的合束装置进行多级串联即可实现；
[0028]4、激光器输出的脉冲激光可以为重复运行的脉冲，也可以是单次脉冲，可以具有不同的脉冲形状、脉冲宽度、波长、光谱宽度、啁啾特性、幅度等特性。
【附图说明】
[0029]图1为本发明的整体结构示意图；
[0030]图2为本发明的电光晶体和激光器位置关系示意图；
[0031]图3为本发明合束前后脉冲激光示意图。
[0032]图中:1 一电光晶体，11 一畴结构，12 —畴壁，13 —自发极化方向，2—驱动电路，21 一电极板，22一电极板，31 一激光器，32一激光器，33一激光器，310一脉冲激光，320一脉冲激光，330—脉冲激光，4一同步机，5—激光准直元件，6—合束脉冲激光。
【具体实施方式】
[0033]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0034]实施例一:
[0035]如图1和图2所不，一种基于畴反转电光晶体的脉冲激光合束装置，包括电光晶体1、驱动电路2、激光器31、激光器32、激光器33、同步机4、激光准直元件5。
[0036]电光晶体I具有多个三角形畴结构11，相邻的畴结构11自发极化方向13相差180°，所述电光晶体I具有相互平行的上底面和下底面，电光晶体I的自发极化方向13与上底面和下底面垂直，电光晶体I的畴结构11沿电光晶体I的最长边方向依次排列，脉冲激光的传输方向也是沿电光晶体I的长边方向，脉冲激光传输时依次经过各个畴结构11 ;相邻的畴结构11的交界面为畴壁12，各个畴壁12的斜率大小相等，方向相反，本实施例畴结构11的形状可以简化计算过程，便于计算脉冲激光在各个畴壁12处的入射角和出射角；畴壁12与电光晶体I的最长边所成的锐角α的角度均为70-80°，该角度设置可将电光晶体I内分成尽可能多的畴结构11，同时由于畴结构11排列规则简单，在获得畴结构11时，获得过程不过于复杂；优选的，畴壁12与电光晶体I的最长边所成的锐角α的角度均为75°，设置为75°时，畴结构11的个数与其获得过程均达到最优。畴结构11的个数越多，脉冲激光330与脉冲激光310之间的夹角越大，越有利于赢得空间放置更多的激光器，实现更多路的脉冲激光合束。所述电光晶体I包括5-20个畴结构11，本实施例优选地选择7个畴结构11，本领域技术人员通常认为当畴结构< 20个时，随着畴结构11个数的增加，激光的偏转角度逐渐增大，本发明人在实验中偶然发现，当选择7个畴结构11时，脉冲激光330与脉冲激光310之间的夹角已较大，再增加畴结构11的个数，夹角的增大效果不明显，反而需要增加电光晶体I的尺寸和施加的电压数值，增大了合束成本，同时畴结构11越多，计算施加电压的数值、脉冲激光入射的位置、角度越繁琐，不利于合束装置的控制；畴结构11越少，计算结果的精确度就不能得到保证。
[0037]所述电光晶体I为铌酸锂晶体或钽酸锂晶体，这两种铁电晶体响应速度快、可控性好、灵敏度高、无惯性。
[0038]所述驱动电路2的电极板21和电极板22分别与电光晶体I的上底板和下底板相配合，在电光晶体I内部产生与其自发极化方向13相同或者相反的电场，由于电光晶体I相邻的畴结构11光电系数正负相反，因此折射率也不同，并且只有极化方向的电场才能有效的影响折射率的大小，外加电场方向与极化方向平行，能够降低驱动电路施加的电压值，节约资源；
[0039]如图2所示，所述激光器3