一种用于Nd：YAG激光器的偏振测量系统及方法

本发明属于激光测量，尤其是涉及一种用于nd：yag激光器的偏振测量系统及方法。

背景技术：

1、nd：yag激光器由于其增益高、热效应小等优点被广泛用于加工、测距、医疗等各个领域，工作模式根据应用场景分为连续与脉冲输出，是固体激光器中最为常见的一种。连续激光因其输出稳定性极好，使用可旋线偏振片与能量计的组合即可得到偏振度；而脉冲激光的偏振度测量要求p光与s光来自同一发脉冲，需要使用基于分束的检偏器。在激光系统中常用的检偏器有tfp或pbs，其原理是激光在光疏-光密界面以布儒斯特角(反射角与折射角垂直)入射时，反射光是垂直于入射面振动的线偏振光(s光反射)，折射光是由平行于入射面振动的线偏振光(p光全透射)与少量垂直于入射面振动的线偏振光(s光部分透射)组成的部分偏振光，通过多次交替镀膜即可实现p光全透射、s光几乎全反射的效果。对脉冲激光偏振度的检测如今已成为nd：yag激光器的常规参数测量，但对于＞1000：1的偏振度测量，需要在系统中加入偏振度较优的二极管调q激光器作为基准光源，同时需要高精度的pbs和校准方法，对所用能量计的检测范围与精度要求也较为苛刻，比如1000：1以上的偏振度需要三个数量级的响应。基于分束膜实现分光的45°放置pbs因其易于安放与透过p光的高消光比(tp：ts＞2000：1)被广泛应用，但同时其存在不可忽略的p光残余反射(rs：rp＜100：1)。因此，如何集成较少的部件实现较高精度的偏振测量，是nd：yag激光系统长期稳定使用需要考虑的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于nd：yag激光器的偏振测量系统及方法，可以得到nd：yag倍频/基频激光的准确偏振度，同时易于安装、使用简便。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种用于nd：yag激光器的偏振测量系统，包括激光光闸、零级1/4波片、零级1/2波片、第一偏振分束立方、第二偏振分束立方、第一高灵敏能量计和第二高灵敏能量计，

4、所述激光光闸后依次设置所述零级1/4波片、所述零级1/2波片、所述第一偏振分束立方和所述第二偏振分束立方，所述第一高灵敏能量计位于所述第二偏振分束立方的后方，所述第二高灵敏能量计位于所述第二偏振分束立方的侧方；

5、使用所述偏振测量系统测量偏振度时，对于椭圆偏振光，先使用所述零级1/4波片进行相位调制，以获得线偏振光；对于线偏振光，直接使用所述零级1/2波片进行相位延迟，以获得所需偏振方向的输出；通过对所述第一高灵敏能量计和所述第二高灵敏能量计的示数进行读取和修正，获得最终的偏振测量结果。

6、进一步地，所述零级1/4波片通过旋转镜架手动旋转，所述零级1/2波片通过旋转电位移台电控旋转。

7、进一步地，所述零级1/2波片与所述零级1/4波片的延迟精度小于λ/300，其中，λ为入射光的波长。

8、进一步地，所述第一偏振分束立方和所述第二偏振分束立方的透射p光消光比大于2000：1。

9、进一步地，所述第一偏振分束立方和所述第二偏振分束立方通过多维调节架微调俯仰、偏摆和旋转，通过平移导轨手动移出或移入。

10、进一步地，所述偏振测量系统底部设置伺服电机。

11、本发明还提供一种基于如上所述的用于nd：yag激光器的偏振测量系统的用于nd：yag激光器的偏振测量方法，包括以下步骤：

12、s101、将线偏振二极管调q激光器移至激光光闸前，将第一偏振立方移至平移导轨末端，将第二偏振分束立方移至平移导轨中央，移除零级1/4波片，开启线偏振二极管调q激光器，打开激光光闸，通过交替放置第一高灵敏能量计与第二高灵敏能量计，计算校准系数；

13、s102、将第一偏振立方移至平移导轨中央，控制零级1/2波片的旋转角度调整出射光的偏振方向，当第一高灵敏能量计的示数最大时，微调第二偏振分束立方，读取第一高灵敏能量计与第二高灵敏能量计的示数并修正，直到二者修正后的比值＞2000：1；

14、s201、关闭二极管调q激光器和激光光闸，将第一偏振立方移至平移导轨末端，整体移动测量系统，使nd：yag激光器位于激光光闸前，启动nd：yag激光器以倍频或基频输出，使用衰减片将出光口能量衰减至nj量级，并手动调节激光准直；

15、s202、打开激光光闸，控制零级1/2波片的旋转角度，使第二高灵敏能量计的示数最小，判断nd：yag激光器是否为基频输出，若否，则为倍频输出，进入步骤s204；若是，则进入步骤s203；

16、s203、在激光光闸和零级1/2波片之间设置零级1/4波片，旋转零级1/4波片直到第二高灵敏能量计的示数再次达到最小，进入步骤s204；

17、s204、读取第一高灵敏能量计与第二高灵敏能量计的示数并修正，二者修正后的比值即为测量的偏振度。

18、进一步地，所述校准系数为两台能量计相对于真实能量比例系数的比值，计算过程如下：

19、当所述第一高灵敏能量计位定于所述第二偏振分束立方的后方，所述第二高灵敏能量计位于所述第二偏振分束立方的侧方时，第一次读取两台能量计的示数；

20、交换两能量计的位置后，第二次读取两台能量计的示数；

21、将第一次测量时两台能量计示数的比值除以第二次测量时两台能量计示数的比值，再对结果进行开方，即可得到所述校准系数。

22、进一步地，所述第一高灵敏能量计与第二高灵敏能量计示数的修正公式如下：

23、第一高灵敏能量计的修正示数＝第一高灵敏能量计的原始示数+第一高灵敏能量计的原始示数/(k-1)；

24、第二高灵敏能量计的修正示数＝第二高灵敏能量计的原始示数-第一高灵敏能量计的原始示数/(k-1)；

25、其中，k为反射s光消光比，第二高灵敏能量计的原始示数＝第二高灵敏能量计的显示示数×校准系数，第一高灵敏能量计的原始示数＝第一高灵敏能量计的显示示数。

26、进一步地，反射s光消光比k的值通过如下方式测量：

27、旋转零级1/2波片，确保透过第一偏振分束立方的光作为纯p光经过第二偏振分束立方，则k＝第一高灵敏能量计的示数/第二高灵敏能量计的示数+1。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

29、1、本发明对于线偏振光，直接使用所述零级1/2波片进行相位延迟，以获得所需偏振方向的输出；对于椭圆偏振光，先使用所述零级1/4波片进行相位调制，以获得线偏振光，集成部件较少，可安装于小型光学平台；本发明在测量之前首先对系统进行校准，充分考虑了p光残余反射，通过获取的校准系数对能量显示计的显示示数进行修正，进一步提高了偏振对比度的测试精度，对于nd：yag倍频激光，多次测量的偏振对比度误差均可控制在1/2000以内，一致性较好、操作可重复性高。

30、2、本发明可以通过底部伺服电机进行整体移动，提升了易用性与测量效率。