线偏振激光偏振和功率的稳定装置及稳定方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学偏振多路传输技术领域，具体涉及到一种利用液晶可变相位延迟器对线偏振激光的偏振和功率进行稳定的装置以及一种稳定线偏振激光偏振和功率的方法。
【背景技术】
[0002]目前光学实验室普遍使用光纤来进行激光的空间传递，如果对激光有确定偏振的要求则一般使用的是单模保偏光纤，但是由于受到环境温湿度变化、机械震动和空气流动等因素的影响，通过单模保偏光纤的激光的偏振和功率会有部分的波动，如果再经过偏振分束棱镜进行分光时，原来的偏振波动和功率波动都转化为分束后两路激光的功率波动，长期监测发现最大波动幅度可达10%，如此大的功率波动则严重影响后续的高精度光学实验结果，所以有必要稳定激光的偏振和功率。
[0003]传统的激光偏振和功率稳定一般使用的是单独分离的装置，一套用来稳定激光偏振，一套用来稳定激光功率。普通控制激光偏振的方法是:对空间激光使用固体波片来旋转其偏振的办法;对光纤中的激光使用的是缠绕挤压光纤的办法，一种是利用三个光纤卷形成三个激光延迟器，依次为λ/4波片、λ/2波片和λ/4波片，卷绕光纤可引起应力，产生与光纤卷直径的平方成反比的双折射，调整直径和圈数可以改变光纤中激光相位延迟量。第二种是基于巴索二氏补偿器的方法，使用一个可围绕光纤旋转的光纤挤压器，通过向光纤施加压力可产生线性双折射，形成一个有效的光纤波片，其延迟量随压力发生变化。上述这些办法无法实现实时、快速和精确的稳定激光偏振和功率。
[0004]传统稳定激光功率的装置使用的是反馈声光调制器的办法，即通过改变声光调制器的衍射效率来实现功率稳定，使用的器件包括压控振荡器，微波功率放大器，声光调制器，光强探测系统，PID控制系统，压控衰减器，其具体办法是:将激光通过声光调制器，阻挡零级光束保留一级衍射光束，然后通过偏振分束棱镜或分束镜片进行取样得到功率波动信号，此信号与一个标准电压信号差分放大得到误差信号，经过比例积分微分电路后再通过压控衰减器来反馈声光调制器的衍射效率实现功率稳定。由于声光调制器通光孔径小，激光的入射角度和光斑要求较高，调整复杂繁琐，功率损耗较大。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于克服上述传统的激光偏振和功率稳定的装置所存在的缺点，提供一种工作稳定、灵敏度高、受外界环境干扰小、调节方便的线偏振激光偏振和功率稳定装置。
[0006]本发明所要解决的另一个技术问题在于克服上述传统的激光偏振和功率稳定方法精度较低的缺点，提供一种能同时稳定激光的偏振和功率而且测量精度高的线偏振激光偏振和功率稳定方法。
[0007]解决上述技术问题所采用的技术方案是它具有:设置在安装板上的光栅反馈半导体激光器，设置在激光出射水平光轴方向安装板上的单模保偏光纤，设置在单模保偏光纤的右侧激光出射水平光轴方向安装板上的λ/2波片，设置在激光出射垂直光轴方向安装板上的激光功率探测器，设置在安装板上的伺服控制器、示波器、信号源，激光功率探测器通过导线与伺服控制器相连，伺服控制器通过导线与示波器和信号源的调制输入端相连，它还包括依次设置在λ/2波片右侧激光出射水平光轴方向安装板上的液晶可变相位延迟器、偏振分束棱镜、非偏振分束镜片，液晶可变相位延迟器通过导线与信号源相连，非偏振分束镜片位于激光功率探测器的正上方、且与激光入射方向的夹角为45°。
[0008]本发明的液晶可变相位延迟器的慢轴方向与激光偏振方向夹角为45°、通光孔径为10臟、波长为650?1050]11]1。
[0009]本发明的λ/2波片的波长为670?700nm。
[0010]本发明还提供一种线偏振激光偏振和功率的稳定方法，由以下步骤组成:
[0011]I)光栅反馈半导体激光器中发射出的激光束通过λ/2波片和液晶可变相位延迟器依次射入偏振分束棱镜和非偏振分束镜片上，并由非偏振分束镜片反射到激光功率探测器上；
[0012]2)转动λ/2波片，将通过λ/2波片入射到液晶可变相位延迟器的激光偏振方向设置为竖直偏振;转动液晶可变相位延迟器，使液晶可变相位延迟器的慢轴与激光偏振方向的夹角成45° ；
[0013]3)将信号源输出的方波信号加载至液晶可变相位延迟器；
[0014]4)通过调整信号源输出的方波信号的幅度，调整液晶可变相位延迟器输出激光的偏振方向，输出激光穿过偏振分束棱镜、入射到非偏振分束镜片上，非偏振分束镜片将激光束分为两束，一束透射出射，另一束反射入激光功率探测器，激光功率探测器测量实时功率波动信号；
[0015]5)伺服控制器将实时功率波动信号与标准电压信号差分放大得到误差信号，将误差信号分为两路:一路输出至示波器监测，另一路进行比例积分，直流偏置调零并调整增益值、信号输入偏置和比例积分常数，得到反馈信号输出到信号源；
[0016]6)伺服控制器根据反馈信号调制信号源方波的信号幅度，再次调整增益值、信号输入偏置和比例积分常数，直至线偏振激光的偏振和功率调整稳定。
[0017]本发明的线偏振激光偏振和功率稳定装置及稳定方法，激光通过液晶可变相位延迟器后采用偏振分束棱镜进行偏振过滤，将偏振波动转化为功率波动，并采用非偏振分束镜片进行功率波动取样后与标准电压信号进行比较，得出功率波动误差信号，调整加载在液晶可变相位延迟器上方波信号的电压幅值，可以改变激光在液晶中两正交偏振分量之间的相位延迟量的性质，将误差信号经过伺服控制器后反馈到液晶可变相位调制器上进行闭环锁定，实现线偏振激光的偏振和功率的同时稳定。本发明具有设计合理、结构简单、易于调整、插入损耗较小、无需机械转动等优点，可实时连续大范围调节激光功率，实现了激光偏振和功率高精度稳定，可应用到空间激光功率稳定实验装置中。
【附图说明】
[0018]图1是本发明一个实施例的结构示意图。
[0019]图2是采用本发明的装置和方法稳定线偏振激光偏振和功率前后效果对比图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，但是本发明不局限于这些实施方式。
[0021]实施例1
[0022]在图1中，本实施例的线偏振激光偏振和功率稳定装置由光栅反馈半导体激光器
1、单模保偏光纤2、λ/2波片3、液晶可变相位延迟器4、偏振分束棱镜5、非偏振分束镜片6、激光功率探测器7、伺服控制器8、示波器9、信号源10、安装板11联接构成。
[0023]在安装板11上用螺纹紧固联接件固定联接安装有光栅反馈半导体激光器I，光栅反馈半导体激光器I为本发明提供激光源，光栅反馈半导体激光器I出射的激光波长为679nm，激光出射水平光轴方向的安装板11上用螺纹紧固联接件固定安装单模保偏光纤2，单模保偏光纤2右侧沿激光出射水平光轴方向的安装板11上固定安装λ/2波片3，λ/2波片3的波长为679nm，在λ/2波片3右侧沿激光出射水平光轴方向的安装板11上依次固定安装有液晶可变相位延迟器4、偏振分束棱镜5、非偏振分束镜片6，液晶可变相位延迟器4选用Thor Iabs公司生产的型号为LCCl 111-B的半波相位延迟器，通光孔径为10mm，波长为650?1050nm，响应时间为毫秒量级，激光透射率为95 %。激光出射垂直光轴方向的安装板11上用螺纹紧固连接件固定安装激光功率探测器7，非偏振分束镜片6位于激光功率探测器7的正上方、且与激光入射方向的夹角为45°，激光功率探测器7将非偏振分束镜片6反射的激光转换成电信号输出，安装板11上还固定安装有伺服控制器8、示波器9、信号源10，伺服控制器8为New Focus公司生产的型号为LB1005的伺服控制器，信号源10为GWINSTEK公司生产的型号为AFG-2125的任意波形信号源，输出波形为方波信号，输出频率为2kHz。激光功率探测器7通过导线