一种提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置的制作方法

本发明涉及一种提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置，可用于基于非线性晶体的固体激光器。

背景技术：

固体激光器的工作物质，由光学透明的晶体或玻璃作为基质材料，掺以激活离子或其他激活物质构成。这种工作物质一般应具有良好的物理化学性质、窄的荧光谱线、强而宽的吸收带和高的荧光量子效率。

各向同性的立方晶系结构在高功率激光运转时的热致双折射效应会产生退偏损耗，影响最终输出激光的功率，近年来，各个研究机构倾向于选择非线性晶体作为掺杂离子的基质，这些非线性晶体往往有一个或几个偏振吸收谱，同时泵浦光入射方向在与晶体光轴成一定角度时获得晶体的发射谱。而在实验中，泵浦光为非线偏光时，获得激光的普遍的方式是采用直接泵浦的方式，这样就造成泵浦光进入晶体的功率大大减少。

除此之外基于非线性晶体的非线性效应的激光器中，如倍频激光器、光参量振荡器等，同样需要泵浦光为线偏光。对这种激光器，当泵浦光为非线偏光时，采用的方法是偏振片起偏后用半波片旋转来调节线偏光的偏振方向来实现相位匹配。这种方法也会使泵浦光利用的效率太低。

技术实现要素：

本发明的目的是为了改进现有的使用非线偏光泵浦的固体激光器输出激光能力差的问题，提出了一种将非线偏泵浦光通过偏振分束棱镜分束为两束线偏光之后再进行偏振合束，从而提高固体激光器的效率的装置。

本发明原理如下：

将非线偏的泵浦光通过输入偏振棱镜分成两束偏振方向相互垂直的线偏光，用这两束线偏光分别泵浦两台完全一样的激光器，被泵浦的晶体是对泵浦光的偏振特性有严格要求的，一般为非线性晶体或者基质为非线性晶体的掺杂晶体。之后使用与输入偏振棱镜相同的输出偏振棱镜对两路激光器输出的激光进行偏振合束，在其中一路激光器输出后设置有相位控制模块，在偏振合束其后面有分束器，可以使大部分合成后的激光直接输出，而小部分的合成激光重新进入一个分束偏振棱镜，又分成两束偏振光，通过相位分析模块分析这两束偏振光的强度和相位特性，并将分析结果通过驱动相位控制模块时两路激光器输出相同相位，最终获得完全的线偏光。

本发明的技术解决方案如下：

一种提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置，包括非线偏泵浦光，输入偏振棱镜，两台相同的使用线偏光泵浦的第一激光器和第二激光器，第一全反射镜、第二全反射镜，输出偏振棱镜，分束镜、相位检测控制装置以及相位补偿装置；

所述的非线偏泵浦光经所述的输入偏振棱镜分成两束偏振态相互垂直的反射光和透射光，所述的反射光泵浦第一激光器输出第一激光束，该第一激光束经所述的第一全反射镜反射后射入所述的输出偏振棱镜，所述的透射光泵浦第二激光器输出第二激光束，该第二激光束经所述的第二全反射镜反射后射入所述的输出偏振棱镜，所述的第一激光束和第二激光束经输出偏振棱镜合束后，入射到所述的分束镜，经该分束镜分束，其中小部分的反射光被相位检测控制装置接收，该相位检测控制装置驱动设置在所述的第一全反射镜和输出偏振棱镜的光路之间或所述的第二全反射镜和输出偏振棱镜的光路之间的相位补偿装置进行相位补偿，使两路激光束同相位进入输出偏振棱镜，实现相干偏振合束；

所述的第一激光束和第二激光束的中心波长一致，且具有固定相位差和偏振方向相互垂直的线偏光。

所述相位检测控制装置包括偏振分光棱镜，第一光电探测器，第二光电探测器和相位分析控制模块；所述的分小部分的反射光经过偏振分光棱镜反射输出第一偏振光，同时，经过偏振分光棱镜透射输出第二偏振光，所述的第一偏振光经第一光电探测器进入相位分析控制模块，所述的第二偏振光经第二光电探测器进入相位分析控制模块，通过所述的相位分析控制模块分析第一偏振光和第二偏振光的光强和相位信息并将结果反馈，驱动所述的相位补偿装置实现相位补偿；

所述的第一偏振光和第二偏振光为线偏光，且偏振方向相互垂直。

所述的非线偏泵浦光为脉冲激光，中心波长为350～4000nm。

所述输入偏振棱镜为PBS，材料为K9使用波长为350～2000nm、使用ZF2适用波长为400～2000nm；或者，格兰泰勒型棱镜，材料为冰洲石适用波长为350～2300nm，材料为α-BBO适用波长为190～3500nm，材料为YVO4适用波长为500～4000nm；或者格兰-汤普森型棱镜，材料为冰洲石适用波长为350～2300nm，材料为α-BBO适用波长为190～3500nm。

所述的第一激光器和第二激光器均可为直线腔，所述的第一激光器包括第一输入镜，第一增益介质、第一输出镜；所述的第二激光器包括第二输入镜，第二增益介质、第二输出镜。

所述的非线偏泵浦光经所述的输入偏振棱镜分成两束偏振态相互垂直的反射光和透射光，所述的反射光进入由所述的第一输入镜，和第一输出镜形成的谐振腔泵浦第一增益介质输出第一激光束，所述的透射光进入由所述的第二输入镜和第一输出镜形成的谐振腔泵浦第二增益介质输出第二激光束。

所述的第一激光器和第二激光器均可为四镜环形腔。

所述的第一全反射镜和第二全反射镜的反射角度可调节，确保第一激光束和第二激光束分别垂直入射到输出棱镜之后合束的光路共轴。

所述的第一激光器和第二激光器均为倍频激光器或光参量振荡器或其他要求泵浦光为线偏光的激光器。

所述输出偏振棱镜与输入偏振棱镜相同。

所述相位控制模块为空间光调制器或者声光相位调制器。

所述相位控制模块包括一个相位补偿装置、一个相位检测装置。相位检测装置通过一个分束偏振棱镜将合束后的激光的一小部分分成两束相互垂直的偏振光，分别使用光探测器探测这两束光，之后分析这两束的光强和相位信息并将结果反馈，驱动相位补偿装置实现相位补偿。

所述输出分束镜为反射率为1％，透过率为99％的镜片。也可根据实验光强更换分光比略大的分束镜，但原则上不超过5％。

采用本发明中的技术方案，与目前已有非线偏光泵浦的激光器相比，具有以下特点及优势：

1将泵浦光分成两束完全的线偏光，分别泵浦激光器，将输出的两束线偏光合束，可以大大提高激光器的效率，大大提高泵浦光的利用率。

2采用线偏合束的方式，可以确保合束后的激光为完全线偏光，与不采用此技术方案的激光器输出光的特性一致，合束过程不会导致退偏、光束质量退化。

3适用于对泵浦光的线偏度有要求的激光器，比如倍频激光器，光参量振荡器等。

附图说明

图1是本发明提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置实施例1结构图

图2本发明提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置实施例2结构图，应用于1064nm倍频系统。

具体实施方式

以下结合说明书附图做进一步说明，使读者更清晰的了解该发明；

实施例1：请参阅图1，图1是本发明提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置实施例1结构图，如图所示，一种提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置，包括非线偏泵浦光1，输入偏振棱镜2，两台相同的使用线偏光泵浦的第一激光器18和第二激光器19，第一全反射镜6、第二全反射镜10，输出偏振棱镜11，分束镜12、相位检测控制装置20以及相位补偿装置17；所述相位检测控制装置20包括偏振分光棱镜13、第一光电探测器14、第二光电探测器15和相位分析控制模块16。

所述的非线偏泵浦光1经所述的输入偏振棱镜2分成两束偏振态相互垂直的反射光和透射光，所述的反射光泵浦第一激光器18输出第一激光束，该第一激光束经所述的第一全反射镜6反射后射入所述的输出偏振棱镜11，所述的透射光泵浦第二激光器19输出第二激光束，该第二激光束经所述的第二全反射镜10反射后射入所述的输出偏振棱镜11，所述的第一激光束和第二激光束经输出偏振棱镜11合束后，入射到所述的分束镜12，经该分束镜12分束，其中小部分的反射光经过偏振分光棱镜13反射输出第一偏振光，同时，经偏振分光棱镜13透射输出第二偏振光，所述的第一偏振光经第一光电探测器14进入相位分析控制模块16，所述的第二偏振光经第二光电探测器15进入相位分析控制模块16，通过所述的相位分析控制模块16分析第一偏振光和第二偏振光的光强和相位信息并将结果反馈，通过相位分析控制模块16的驱动频率或者电压来驱动相位补偿装置17实现相位补偿，使两路激光束同相位进入输出偏振棱镜，实现相干偏振合束。

所述的第一激光束和第二激光束的中心波长一致，且具有固定相位差和偏振方向相互垂直的线偏光。

所述的非线偏泵浦光1为脉冲激光，该激光的平均功率可以为几十毫瓦到数百瓦，激光器的输出中心波长350～4000nm。

所述输入偏振棱镜2为PBS，材料为K9适用波长为350～2000nm、使用ZF2适用波长为400～2000nm；或者，格兰泰勒型棱镜，材料为冰洲石适用波长为350～2300nm，材料为α-BBO适用波长为190～3500nm，材料为YVO4适用波长为500～4000nm；或者格兰-汤普森型棱镜，材料为冰洲石适用波长为350～2300nm，材料为α-BBO适用波长为190～3500nm。

所述的第一激光器18和第二激光器19均为倍频激光器或光参量振荡器或其他要求泵浦光为线偏光的激光器。

所述的第一激光器18和第二激光器19均可为直线腔。所述的第一激光器18包括第一输入镜3，第一增益介质4、第一输出镜5；所述的第二激光器19包括第二输入镜7，第二增益介质8、第二输出镜9。

所述的使用线偏光泵浦的第一激光器18和第二激光器19也可以使用四镜环形腔，要求泵浦光和输出激光在一条直线上。第一激光器18输出的第一激光束和第二激光器19输出的第二激光束，第一激光束和第二激光束为线偏光且线偏方向相互垂直。

所述的第一全反射镜6和第二全反射镜10反射角度可以调节，确保第一激光束和第二激光束分别垂直入射到输出棱镜之后合束的光路共轴。

在所述的第一激光器18和输出偏振棱镜11之间或第二激光器19和输出偏振棱镜11之间设有相位补偿装置17，通过相位检测控制装置20驱动相位补偿装置17进行相位补偿，最终实现两路激光同相位进入输出偏振棱镜11，实现偏振相干合束。

非线偏泵浦光1通过输入偏振棱镜2后将激光分成两束偏振态相互垂直的光，经过两台相同的第一激光器18和第二激光器19后输出的激光中心波长一致，具有固定相位差。通过相位检测控制装置20进行控制相位补偿装置17进行相位补偿，最终实现两路激光同相位进入输出偏振棱镜，实现相干偏振合束。

实施例2：请参阅图2，图2是本发明提高非线偏光泵浦的激光器效率的装置实施例2结构图，应用于1064nm倍频系统。包括非线偏泵浦光1，输入偏振棱镜2，带有温控炉的两台相同的基于LBO晶体的第一激光器18和基于LBO晶体的第二激光器19，第一全反射镜6、第二全反射镜10，输出偏振棱镜11，分束镜12、相位检测控制装置20，相位补偿装置17。

所述的非线偏泵浦光1是由中心波长1064nm的全光纤激光器输出的，该非线偏泵浦光1的脉冲宽度为575ps，重复频率为8.7kHz，中心波长为1064nm。

所述输入偏振棱镜2为格兰泰勒棱镜。

所述的基于LBO晶体的第一激光器18包括第一输入镜3，第一倍频晶体LBO4，第一输出镜5，第一温控炉21；所述的基于LBO晶体的第二激光器19包括第二输入镜7，第二倍频晶体LBO8，第二输出镜9，第二温控炉22。

所述的第一全反射镜6和第二全反射镜10的反射角度可调节，确保第一激光束和第二激光束分别垂直入射到输出偏振棱镜11合束后的光路共轴。

将所述的第一温控炉21和第二温控炉22调节至相同的温度，确保第一激光束和第二激光束的中心波长相同。

在所述的基于LBO晶体的第一激光器18和输出偏振棱镜11之间或基于LBO晶体的第二激光器19和输出偏振棱镜11之间设有相位补偿装置17，通过相位检测控制装置20驱动相位补偿装置17进行相位补偿，最终实现两路激光同相位进入输出偏振棱镜11，实现偏振相干合束。

所述相位检测控制装置20包括偏振分光棱镜13，第一光电探测器14，第二光电探测器15和相位分析控制模块16；

所述的第一偏振光和第二偏振光为线偏光，且偏振方向相互垂直。

非线偏泵浦光1通过输入偏振棱镜2后将激光分成两束偏振态相互垂直的光，经过两台相同的基于LBO晶体的第一激光器18和基于LBO晶体的第二激光器19后输出的激光中心波长一致，具有固定相位差。通过相位检测控制装置20进行控制相位补偿装置17进行相位补偿，最终实现两路激光同相位进入输出偏振棱镜11，实现相干偏振合束。