专利名称：一种高能激光使用的线偏振光控制光学谐振腔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及高能激光器，具体地说是一种高能激光使用的线偏振 光控制光学谐振腔，是一种高能激光腔内偏振控制方法，在基本不损失激 光器输出功率的前提下，成功实现高能激光线偏振输出。
背景技术：
众所周知，激光具有好的单色性、方向性、相干性等优点，长期以来 人们对激光器的纵模、横模、输出功率以及光束质量等特性进行了大量研 究。但同时，激光还是电磁波的一种，电磁场的振动具有一定的方向性， 即具有偏振特性。而激光的偏振特性直接影响到激光的相干性、与物质相 互作用效果等，因此人们在生产实践中经常需要一种特定偏振模式的激光。 通常情况下，激光谐振腔不采取一定的控制出措施时，激光的偏振态是偏 振度较低的部分偏振光。为实现线偏振激光输出， 一般在激光谐振腔内采 用布儒斯特窗口、偏振器等元件，由于该类元件激光损伤阈值低，而不适 合用于高功率激光装置。
高能激光的偏振态控制，在国内外报导较少。专利CN2324677Y(—种 线偏振输出的激光谐振腔装置)介绍了一种反射式的线偏振光输出方法， 这是实现高功率线偏振光很好的方法。但该装置由于采用的是45度入射偏 振分束镜，由于实现S光高反和P光高透的带宽较窄，镀膜技术难度较大。
实用新型内容
为解决高能激光线偏振光输出问题，本实用新型的目的在于一种高 光使用的线偏振光控制光学谐振腔，在激光器光学谐振腔中采用了一 如斯特角(基底材料)放置的偏振反射镜，其s光高反，p光高透，有 抑制p光分量，实现高能激光的线偏振输出。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为 一种高能激光使用的线偏振光控制光学谐振腔，包括谐振腔腔镜和激 光增益介质，在谐振腔的光轴上按布儒斯特角放置有一个偏振控制镜，由 谐振腔腔镜和偏振控制镜一同构成具有线偏振光输出特性的光学谐振腔。 所述谐振腔腔镜包括一个凹镜和一个输出镜。
在所述偏振控制镜上镀制有对激光弱吸收材料的偏振反射膜；所述偏 振反射膜采用材料分别为Ta205和Si02,膜系为0.6761 L 1.1159 H 1.1612 L 0.6803 H [(1.2076L 1.0906H)A14] 1.2076L 0.6848H 1.1593L 1.1143H 1.1183L,其中L代表Si02材料，折射率为1.47， 11代表化205材料，折射 率为2.07， L、 H代表的光学厚度分别为人/4 (廳145腿)。
所述偏振控制镜所采用基底材料的布儒斯特角0=50-65度。
激布地<formula>formula see original document page 3</formula>
因此，本实用新型采用布儒斯特角入射的偏振控制镜作为激光谐振腔 内高反射镜，对高能氧碘化学激光器腔内偏振态进行了控制，相对于45度 入射偏振分束镜，该种偏振控制镜S光高反和P光高透的带宽相对较宽， 制作相对容易。测试结果表明，采用该种偏振控制镜，在基本不损失激光
输出功率的情况下，成功实现了高能COIL的标准线偏振输出。
图1为偏振控制镜的透过率测试曲线；
图2为带有偏振控制镜的COIL激光谐振腔，其中1输出镜，2偏振控 制镜,3激光增益介质,4凹镜；
图3 a为激光器输出激光的光束偏振态；
图3b为有(p2)无(pl)偏振控制镜时激光器的输出功率。
具体实施方式
本实用新型在光学谐振腔内使用了布如斯特角放置的反射镜，反射镜 采用对激光弱吸收的光学基底材料，经过传统光学加工加工，然后镀制光 学薄膜，通过镀膜参数的设计和调整，使该反射镜具有s光高反射、p光高 透射的偏振反射特性，使得s光起振，而p光不起振，只有s光输出，以实
现腔内的线偏振光。这种方法激光功率损耗小，抗激光损伤阈值高，适用
于各种谐振腔腔型；适用于各种高能激光器(高能氧碘化学激光、HF/DF 激光、C02激光等高能激光器)，具有功率损失低的特点。
例如在氧碘化学激光器中实施本实用新型，其激光输出波长为 1315nm，输出功率4千瓦。
1.偏振控制镜的制备
采用红外石英基底材料，其对1315nm光吸收极其微弱，材料在该波长 的折射率n-1.458,因此布儒斯竺角e二arctan(l/n)-55.6度。石英基片口径为 70mmxl00mm,厚度10.0mm,采用古典抛光法进行加工，双面抛光，面形 精度为0.20X@,632.8nm(PV),表面粗糙度为0.8nm (Rms)。
偏振分光膜采用离子束溅射镀膜方法进行镀制，镀膜用高低折射率材 料分别为Ta205禾n Si02,膜系为0.6761 L 1.1159 H 1.1612 L 0.6803 H[(1.2076L 1.0906H)A14] 1.2076L 0.6848H 1.1593L 1.1143H 1.1183L，其中L 代表Si02材料，折射率为1.47， H代表Ta205材料，折射率为2.07， L、 H 代表的光学厚度分别为(人劍145nm)。该分束镜为单面镀膜，镀膜后用 Lambda 950分光光度计测试的透射率曲线如图1所示，P光透过率大于 98%， S光透过率小于0.2。/。。该偏振控制镜用于COIL激光器腔内，镜面激 光功率密度为3.0kw/cm2 ，激光器连续运转100s，镜面没有损伤。
2.应用于激光器光学谐振腔
所采用的氧碘化学激光器谐振腔结构如图2所示，采用的偏振控制镜在 腔内55.6度放置，作为反射镜使用，其对P光的透过率和S光的反射率可 近似为1。由于P光全部透过而损耗掉，在腔内不起振，仅剩S光在腔内振
荡，从而实现线激光的偏振输出。同时，由于偏振控制镜在腔内仅用作反 射镜，且S光的反射率高，因而相对于传统的透射偏振元件具有更高的损 伤阈值。
本实用新型同样适用于驻波非稳腔和行波非稳腔，使用方法如上，将偏 振控制镜作为一个反射镜使用，能够实现线偏振光输出。 3.测试结果
采用LCPM-3000液晶偏振分析仪对激光器采用偏振控制镜后，激光 器输出激光的偏振特性进行了测试，测试结果如图3a所示，pt为总偏振度，^ 为线偏振度，Pe为圆偏振度。从图中可以看出，激光的总偏振度和线偏振度 都接近于l，而圆偏振度接近为零，因此说激光是线偏振光。
图3 b)是在有无偏振控制镜时激光器的输出功率。其中P,表示没有偏振 控制镜的功率，而P2表示有偏振控制镜时的功率，单位是kw。从b)中可以 看出，两种情况下的功率基本都在7.5kw 9.2kw之间波动，考虑到激光器 的不稳定性对激光功率的影响，发明人将两种情况下的数据加权平均。经 计算两种情况下的加权平均值为8.369kw和8.356kw,前后功率变化的幅度为 0.16%,所以可以认为腔内偏振态的控制对激光器的输出功率没有影响。
权利要求1. 一种高能激光使用的线偏振光控制光学谐振腔，包括谐振腔腔镜和激光增益介质，其特征在于在谐振腔的光轴上按布儒斯特角放置有一个偏振控制镜，由谐振腔腔镜和偏振控制镜一同构成具有线偏振光输出特性的光学谐振腔。
2. 根据权利要求1所述光学谐振腔，其特征在于所述谐振腔腔镜包 括一个凹镜和一个输出镜。
3. 根据权利要求1所述光学谐振腔，其特征在于在所述偏振控制镜 上镀制有对激光弱吸收材料的偏振反射膜。
4. 根据权利要求3所述光学谐振腔，其特征在于所述偏振反射膜的膜系为0.6761 L 1.1159 H 1.1612 L 0.6803 H 1.2076L 1扁6H 1.2076L 1扁6H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1扁6H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1.0卯6H 1.2076L 1細6H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1細6H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 1.0906H 1.2076L 0.6848H 1.1593L 1.1143H 1.1183L，其中L 代表Si02材料，折射率为1.47， H代表Ta205材料，折射率为2.07， L、 H 代表的光学厚度分别为X/4， X@1145nm。
5. 根据权利要求1所述光学谐振腔，其特征在于所述偏振控制镜所 采用基底材料的布儒斯特角0=50-65度。
专利摘要本实用新型涉及高能激光器，具体地说是一种高能激光使用的线偏振光控制光学谐振腔，在谐振腔的光轴上按布儒斯特角放置有一个偏振控制镜，由谐振腔腔镜和偏振控制镜一同构成具有线偏振光输出特性的光学谐振腔。激光功率损耗小，抗激光损伤阈值高，适用于高能氧碘化学激光、HF/DF激光、CO<sub>2</sub>激光等高能激光器。
文档编号H01S3/08GK201204376SQ20082001179
公开日2009年3月4日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者公发全, 刘万发, 刚 李, 韩新民 申请人:中国科学院大连化学物理研究所