一种消除电光晶体退偏的装置的制作方法

本实用新型涉及激光器技术领域，具体而言，涉及一种消除电光晶体退偏的装置。

背景技术：

电光晶体是激光器领域中非常重要的器件，在大功率的调Q激光器、激光放大器等领域具有非常广泛的应用。电光晶体的工作状态可分为静态和动态两种，静态是指电光晶体不加电压的情况，动态是指电光晶体加电压的情况。理想条件下，电光晶体静态工作时对注入激光的偏振态不做任何改变，动态工作时对激光偏振态产生固定的改变量。但由于常用的电光晶体为双折射晶体并且激光总会存在一定的发散角，因此在静态工作条件下，只有传播方向沿着电光晶体晶体的光轴方向传输的激光的偏振态才不受改变，而另外传播方向的激光偏振态将会有不同程度的改变，从而引起激光的退偏效应。

这种退偏效应在激光器尤其是激光放大器中会产生严重后果，比如光束质量恶化和自激现象等。因此研究如何消除电光晶体引起的激光退偏是非常有必要的。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种消除电光晶体退偏的装置，解决了电光晶体引起的激光退偏问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型公开了一种消除电光晶体退偏的装置，由第一电光晶体、第一90°旋光器、第二电光晶体和第二90°旋光器组成。激光从第一电光开光注入，依次经过第一90°旋光器、第二电光晶体后从第二90°旋光器输出。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，所述第一电光晶体和第二电光晶体的材料和放置姿态是一样的。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，第一电光晶体和第二电光晶体均沿c轴切割，并且光轴方向为水平方向。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，第一电光晶体沿光轴方向的长度l₁、o光和e光的相位延迟量第二电光晶体沿光轴方向的长度l₂、o光和e光的相位延迟量的关系为：其中n_o'、n_e'分别为电光晶体的o光和e光折射率，α为注入激光与电光晶体光轴的角度，m和 n为正整数，l₁和l₂的长度要使得ε₁＝ε₂。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，所述第一90°旋光器和第二 90°旋光器对激光偏振态的旋转角度与所述起偏器偏振方向无关，并且旋转角度均为90°。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，所述第一90°旋光器和第二 90°旋光器对激光偏振态的旋转方向相同。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，所述第一90°旋光器和第二 90°旋光器对激光偏振态的旋转方向相反。

进一步，所述的一种消除电光晶体退偏的装置，其特征在于，所述第一90°旋光器是90°石英转子或90°法拉第旋光器,第二90°旋光器是90°石英转子或90°法拉第旋光器。

本实用新型的有益效果如下：

1、本实用新型中采用两个相同PC晶体加两个90°转子的组合，消除了单个电光晶体引起的激光退偏现象，提高了激光光束质量。

2、本实用新型不改变注入激光的偏振态，可以将该装置直接放置于激光系统中代替传统的单个电光晶体，对于系统应用具有有益作用。

附图说明

图1为第一实施例中所提供的装置示意图；

图2为第二实施例和传统技术的装置示意图。

图3为激光经过第二实施例(a)和传统技术(b)后，激光输出出入能量比与激光传播方向的关系。

图中：11—第一电光晶体，12—第一90°转子，13—第二电光晶体，14—第二90°转子，201—偏振片、202—四分之一波片(202)、203—第一电光晶体、204—第一90°旋光器、205—第二电光晶体、206—第二90°旋光器、207—全反镜、208—偏振片、209—四分之一波片、210—电光晶体、211—反射镜。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型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。

实施例1

本实施例如图1所示，一种消除电光晶体退偏的装置，由第一电光晶体(11)、第一 90°旋光器(12)、第二电光晶体(13)和第二90°旋光器(14)组成。激光从第一电光开光(11)注入，依次经过第一90°旋光器(12)、第二电光晶体(13)后从第二90°旋光器 (14)输出。第一电光晶体(11)和第二电光晶体(12)为KDP晶体，且第一电光晶体 (11)和第二电光晶体(13)的放置姿态、物理和几何参数相同。第一90°旋光器(12)和第二90°旋光器(14)是90°石英转子。

本实施例中以水平方向为x轴，垂直方向为y轴，任意偏振态的激光均可分解x轴和y 轴的电场，假设注入激光偏振态表达式为：其中，E_x和E_y为电场在x方向和y方向的分量。电光晶体为KDP晶体，属于单轴晶体，具有双折射效应，其o光折射率和e光折射率分别表示为n_o和n_e，长度表示为l，利用琼斯矩阵对本实施例的效果进行分析，一般情况下，电光晶体的琼斯矩阵可以写成如下形式：

其中，θ为电光晶体o光方向与系统坐标系的夹角，δ为电光晶体对激光在o光和e光方向的相位延迟量，其大小与激光传播方向与电光晶体的夹角有关，具体可写成：

其中，α为激光传播方向与电光晶体光轴的夹角，λ为注入激光波长，n'_o和n'_e分别为传播方向与光轴夹角为α的激光在电光晶体中传输的o光和e光折射率，并且有：

激光经过第一电光晶体(11)后，其电场表达式可写成：

对于不沿电光晶体光轴传播的激光，由表达式(3)可知，n_o≠n_e，带入表达式(2) 可得，δ≠0，带入表达式(1)可知，矩阵A不是单位矩阵，那么再根据表达式(4)，可以得到E'_x/E'_y≠E_x/E_y，也就是激光偏振态发生了改变，因此传统单个电光晶体会产生退偏现象。

当激光经过第一电光晶体(11)并依次经过第一90°旋光器(12)、第二电光晶体 (13)后和第二90°旋光器(14)，其偏振态可表示为：

其中，矩阵B为90°转子的琼斯矩阵，其表达式为：

根据表达式(1)和(6)，经过计算可以得到：

再将表达式(7)代入表达式(5)中，可以得到E'_x＝E_x，E'_y＝E_y，也就是说输出激光偏振态与注入激光偏振态完全一致，消除了传统电光晶体引入的退偏。

实施例2

本实施例如图2所示中，图2(a)为一种消除电光晶体退偏的装置，由偏振片 (201)、四分之一波片(202)、第一电光晶体(203)、第一90°旋光器(204)、第二电光晶体(205)、第二90°旋光器(206)和全反镜(207)组成。激光从偏振片(201)注入，依次经过四分之一波片(202)、第一电光晶体(203)、第一90°旋光器(204)、第二电光晶体(205)和第二90°旋光器(206)，经过全反镜(207)反射沿原光路返回，从偏振片 (201)输出。第一电光晶体(203)和第二电光晶体(205)为KDP晶体，且第一电光晶体 (203)和第二电光晶体(205)的放置姿态、物理和几何参数相同。第一90°旋光器(204) 和第二90°旋光器(205)是90°石英转子。注入激光为线偏振光，其偏振方向为x方向，即检偏器的偏振方向为x方向。

检偏器的琼斯矩阵可表示为：

四分之一波片的琼斯矩阵为：

根据实施例1中的矩阵，在实施例2中输出激光的偏振态可表示为：

此时，输出端处于完全消光状态，即没有光输出。

图2(b)是传统的电光晶体装置，激光从偏振片(208)注入，经过四分之一波片 (209)、电光晶体(210)后，经过反射镜(211)沿原路返回，从偏振片输出，此时其偏振态表达式为：

进一步，可以得到输出激光的电场为：

E″′_x＝sin(δ)e^i(π/2+2θ)E_x,E″′_y＝0 (12)

从公式(12)可以看出，此时输出端并未消光，有激光输出，而且激光输出强度与电光晶体的相位延迟量有关。为了方便计算，假设E_x＝1，那么有：

E″′_x＝sin(δ)e^i(π/2+2θ) (13)

图3是本实施例与传统技术的对比，图中角度表示激光传输方向与电光晶体光轴的夹角，输出输入透过率表示输出能量与输入能量的比值。图(a)和图(b)分别是本实用新型和传统技术中输出输入能量比值与角度的关系，从图中可以看出，本实用新型中输出能量始终为0，对后向传输的激光能起到隔离作用，而传统技术中输出能量比与激光传输角度密切相关，输出端未能完全消光，起不到隔离作用，在实际激光器应用中是不利的，可能会造成前端器件的损伤。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。