一种高能固体脉冲激光偏振合束装置

文档序号:25540361发布日期:2021-06-18 20:36阅读:114来源:国知局
一种高能固体脉冲激光偏振合束装置

本发明涉及激光调制技术领域,具体而言,尤其涉及一种高能固体脉冲激光偏振合束装置。



背景技术:

高功率激光器在金属冶炼、材料加工、生物医学及光电领域等有着广泛的用途。高平均功率和高光束质量的激光器系统可应用于材料加工领域,如激光切割、激光打标、激光焊接等等。

目前,高功率的激光输出系统主要包括固体激光器、光纤激光器、氧碘化学激光器、hf/df化学激光器和半导体泵浦碱金属激光器等,而通过激光合束的手段还可以进一步提高输出的激光功率。其中氧碘化学激光器、hf/df化学激光器和半导体泵浦碱金属激光器定标放大性好,不需要合束即可实现高功率激光输出;而光纤激光器的大功率脉冲化比较困难,一般采用光谱合成的手段提高其输出功率。固体激光器可以通过调q手段可以轻松获得大能量的激光输出,适于高峰值功率脉冲输出。而由于热管理的原因,对于构造出高重复频率和高峰值功率的固体激光器来说,解决热效应造成的不利影响是一件十分困难的事。因此,为了获得更高平均功率的激光输出,可采取时序上的多束激光进行合束的手段。



技术实现要素:

根据上述提出的光纤激光器的大功率脉冲化比较困难的技术问题,而提供一种高能固体脉冲激光偏振合束装置。本发明通过设置固体调q脉冲激光器时间延迟,使多台激光器输出的激光光束在时间域上各不重合交错输出,再通过调节改变其光束偏振特性,利用偏振分光立方体进行合束输出。

本发明采用的技术手段如下:

一种高能固体脉冲激光偏振合束装置,包括:至少两个并列设置且结构相同的合束子模块,相邻所述合束子模块输出的激光偏振类型不同,所述合束子模块包括两个生成激光偏振状态不同的合束激光生成模组、对所述合束激光生成模组输出的激光进行合束的第一偏振分光立方体以及对合束激光中不同偏振类型的激光进行偏振状态调整的第一转盘,其中所述合束激光生成模组包括依次设置在光路上的固体调q脉冲激光器和偏振状态调制结构;第二偏振分光立方体,对所述相邻合束子模块输出偏振状态不同的激光进行合束;第二转盘,对合束激光中不同偏振类型的激光进行偏振状态调整得到高功率合束激光输出;生成激光时序调节模块,调控所述固体调q脉冲激光器以及所述第一转盘、第二转盘的转速,使各固体调q脉冲激光器输出的激光在时间域上分开交错输出。

进一步地,转盘上间隔设置有空白窗口和二分之一波片窗口。

进一步地,所述第一转盘、第二转盘的初始相位相同且转速相同。

进一步地,所述生成激光时序调节模块包括信号光输出激光器、光电倍增管以及时间延时器;所述信号光输出激光器发射的连续指示光经过第一转盘或者第二转盘射向光电倍增管,所述光电倍增管将接受到的光信号转化为电信号,并反馈给时间延迟器,进而调控所述固体调q脉冲激光器以及所述第一转盘、第二转盘的转速。

进一步地,所述信号光输出激光器为氦氖激光器、二极管激光器或任意可连续出光的激光器。

进一步地,所述偏振状态调制结构为二分之一波片或者法拉第磁光调制器。

较现有技术相比,本发明具有以下优点:

本发明通过半波片改变调q脉冲固体激光器输出激光的偏振状态,使其分别输出p偏振和s偏振的激光光束,然后这两束激光在偏振分光立方体处进行合束,同时保证激光光束在时间域上是互不重合的,合束后的激光光束通过特制的转盘。通过调节转盘所连电机的转速,使其中一束p偏振激光在经过转盘时入射到转盘上的半波片中,此时入射光线由p偏振转化为s偏振;同时在另一束s偏振的激光入射到此转盘时,通过转盘中的空白窗口,偏振状态不改变。由此通过此转盘后的合束激光偏振为s偏振,实现了两束高峰值功率的激光在时间域上的合束输出,提高了其平均功率。

利用本发明输出的合束激光光束还可以遵循上述思路实现多束调q脉冲激光时间域上的合束,原则上可以合束的激光数量上限为1/脉冲激光的占空比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明偏振合束激光装置示意图。

图2为本发明转盘结构示意图。

图3为本发明合束激光时序与偏振示意图。

图4为本发明转盘与固体调q脉冲激光器时序同步调控示意图。

图中:1、调q脉冲固体激光器;2、二分之一波片;3、第一反射镜;4、第一偏振分光立方体;5、第一转盘;6、第二反射镜;7、第二偏振分光立方体;8、第二转盘;9、信号光输出激光器;10、光电倍增管;11、时间延迟器。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示,本发明提供了一种高能固体脉冲激光偏振合束装置,包括:至少两个并列设置且结构相同的合束子模块,相邻所述合束子模块输出的激光偏振类型不同,所述合束子模块包括两个生成激光偏振状态不同的合束激光生成模组、对所述合束激光生成模组输出的激光进行合束的第一偏振分光立方体以及对合束激光中不同偏振类型的激光进行偏振状态调整的第一转盘,其中所述合束激光生成模组包括依次设置在光路上的固体调q脉冲激光器和偏振状态调制结构;第二偏振分光立方体,对所述相邻合束子模块输出偏振状态不同的激光进行合束;第二转盘,对合束激光中不同偏振类型的激光进行偏振状态调整得到高功率合束激光输出;生成激光时序调节模块,调控所述固体调q脉冲激光器以及所述第一转盘、第二转盘的转速,使各固体调q脉冲激光器输出的激光在时间域上分开交错输出。进一步地,转盘上间隔设置有空白窗口和二分之一波片窗口。进一步地,所述第一转盘、第二转盘的初始相位相同且转速相同。进一步地,所述生成激光时序调节模块包括信号光输出激光器、光电倍增管以及时间延时器;所述信号光输出激光器发射的连续指示光经过第一转盘或者第二转盘射向光电倍增管,所述光电倍增管将接受到的光信号转化为电信号,并反馈给时间延迟器,进而调控所述固体调q脉冲激光器以及所述第一转盘、第二转盘的转速。信号光输出激光器为氦氖激光器、二极管激光器或任意可连续出光的激光器。进一步地,所述偏振状态调制结构为二分之一波片或者法拉第磁光调制器。

下面通过一个具体的应用实例,对本发明的技术方案做进一步说明。

本实施例中高能固体脉冲激光偏振合束装置包括两个合束子模块,每个合束子模块包括两个合束激光生成模组,实现4条激光光路的合束。

第一合束子模块中的第一合束激光生成模组中,以固体调q脉冲激光器一的输出激光光路为参照依次放置二分之一波片、反射镜、偏振分光立方体,第二合束激光生成模组中以固体调q脉冲激光器的输出激光光路为参照依次放置二分之一波片、偏振分光立方体。同时,第一合束激光生成模组的固体调q脉冲激光器输出的激光和第二合束激光生成模组的调q脉冲激光器输出的光在第一偏振分光立方体处合成一束,而后合束的光通过第一转盘上的窗口处,并在光路输出处设置反射镜。以上的器件组合后构成第一合束子模块,输出第一合束激光生成模组和第二合束激光生成模组的合束激光。

通过时间延迟器调控第一合束激光生成模组和第二合束激光生成模组的固体调q脉冲激光器上的q开关,从而实现两台激光器输出脉冲激光的时间延迟,使两束激光在时间域上分开交错输出。同时调节第一转盘上所连电机转速,使第一合束激光生成模组脉冲激光器输出的激光光束在经过第一转盘时,射入的窗口为空白窗口;并且在第二合束激光生成模组脉冲激光器输出的激光光束经过第一转盘时,射入的窗口为二分之一波片窗口,调节二分之一波片角度,使脉冲激光器输出的激光光束由p偏振转变为s偏振。而后,合束的光束通过反射镜后,输出s偏振的合束激光,再射入偏振分光立方体。以上为第一合束子模块的组成光路部分。

同理,第二合束子模块中的第一合束激光生成模组中,以固体调q脉冲激光器一的输出激光光路为参照依次放置二分之一波片、反射镜、偏振分光立方体,第二合束激光生成模组中以固体调q脉冲激光器的输出激光光路为参照依次放置二分之一波片、偏振分光立方体。同时,第一合束激光生成模组的固体调q脉冲激光器输出的激光和第二合束激光生成模组的调q脉冲激光器输出的光在第一偏振分光立方体处合成一束,而后合束的光通过第一转盘上的窗口处,并在光路输出处设置反射镜。以上的器件组合后构成第二合束子模块,输出第一合束激光生成模组和第二合束激光生成模组的合束激光。

第二合束子模块与第一合束子模块类似,第一合束激光生成模组的固体调q脉冲激光器的输出激光在通过二分之一波片时,调节二分之一波片的角度,使输出激光为s偏振光。该光束经反射镜三反射后射入偏振分光立方体,经偏振分光立方体反射后,再射入第一转盘的窗口。第二合束激光生成模组的固体调q脉冲激光器的输出激光在通过二分之一波片时,调节二分之一波片的角度,使输出激光为p偏振光。该光束经过偏振分光立方体后再射入转盘上的窗口处。通过时间延迟器20调控固体调q脉冲激光器上的q开关,从而实现填空两台激光器输出脉冲激光的时间延迟。同时调节转盘上所连电机转速,使第二合束激光生成模组脉冲激光器输出的激光光束在经过第一转盘时,射入的窗口为空白窗口;在第一合束激光生成模组脉冲激光器输出的激光光束经过第一转盘时,射入的窗口为二分之一波片窗口,调节二分之一波片角度,使第一合束激光生成模组脉冲激光器输出的激光光束由s偏振转变为p偏振。第二合束子模块输出的激光偏振状态为p偏振,入射到第二偏振分光立方体上,与第一合束子模块输出的激光合束。

第一合束子模块输出的s偏振的合束激光入射到偏振分光立方体后,经反射射入转盘上的窗口;第二合束子模块输出的p偏振的合束激光入射到偏振分光立方体后,透射射入转盘上的窗口。通过时间延迟器调节四台激光器:的时间延迟,使四组激光在时间域上各自分开交错输出。调节第二转盘上所连电机转速,使由第一合束子模块输出的合束激光在经过第二转盘时,射入的窗口为空白窗口,使其保持s偏振。并且在由第二合束子模块输出的合束激光在经过第二转盘时,射入的窗口为二分之一波片窗口,调节二分之一波片角度,使其由p偏振转变为s偏振。以上即可输出由四台固体脉冲激光器合束的激光光束。

具体第一转盘、第二转盘以及各固体调q脉冲激光器的时序调节如图四所示。首先调控第一转盘、第二转盘所连电机的转速以及初始位相同,使转盘同步运转。再在其中一台转盘处(如第二转盘)放置一台连续出光的信号指示光激光器,使其输出的信号光入射到转盘上,当转盘运转时,信号光会通过转盘上的窗口射入到光电倍增管,此时光电倍增管会将接受到的光信号转化为电信号,并反馈给所连接的时间延迟器。这样,就可以通过调节时间延迟器,分别控制各固体调q脉冲激光器上的q开关,从而实现上述的时序要求。本偏振时序合束方法可以实现理论上限以内的任意多台固体调q脉冲激光器的合束,原则上可以合束激光的数量上限为1/脉冲激光的占空比。

最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

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