通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的制作方法

本实用新型属于激光技术领域，具体涉及一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器。

背景技术：

目前双脉冲固体激光器大多采用两个分离独立的谐振腔，在腔外通过偏振合束形成双脉冲激光器，其主要问题是双脉冲来源不同的激光合束后，光斑重合度不高，整体光路体积也较大。

技术实现要素：

针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器，可有效解决上述问题。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器，包括第一脉冲激光输出单元(a)、第二脉冲激光输出单元(b)、偏振耦合合束单元(c)以及输出镜(5)；

其中，所述偏振耦合合束单元(c)包括第一偏振元器件(4)和第二偏振元器件(6)；

所述第一脉冲激光输出单元(a)包括第一全反后镜(1)、第一起偏元器件(2)和第一工作物质(3)；位于同一光轴上依次设置所述第一全反后镜(1)、所述第一起偏元器件(2)、所述第一工作物质(3)和所述第一偏振元器件(4)；所述第一工作物质(3)产生的激光中，经过第一起偏元器件(2)后得到第一偏振态激光，第一偏振态激光入射到所述第一全反后镜(1)后，经所述第一全反后镜(1)反射后，依次通过所述第一起偏元器件(2)和所述第一工作物质(3)后，入射到所述第一偏振元器件(4)；在所述第一偏振元器件(4)的透射光路上，布置所述输出镜(5)；

所述第二脉冲激光输出单元(b)包括第二全反后镜(9)、第二起偏元器件(8)和第二工作物质(7)；位于同一光轴上依次设置所述第二全反后镜(9)、所述第二起偏元器件(8)和所述第二工作物质(7)；所述第二工作物质(7)产生的激光中，经过所述第二起偏元器件(8)后得到第二偏振态激光，并且，所述第二起偏元器件(8)引起的第二偏振态激光的偏振方向，与所述第一起偏元器件(2)引起的第一偏振态激光的偏振方向垂直；第二偏振态激光入射到所述第二全反后镜(9)后，经所述第二全反后镜(9)反射后，依次通过所述第二起偏元器件(8)和所述第二工作物质(7)后，入射到所述第二偏振元器件(6)；所述第二偏振元器件(6)对所述第二偏振态激光的反射光入射到所述第一偏振元器件(4)，所述第一偏振元器件(4)对所述第二偏振态激光的反射光，入射到所述输出镜(5)。

优选的，所述第一全反后镜(1)和所述第二全反后镜(9)分离设置；或者，所述第一全反后镜(1)和所述第二全反后镜(9)集成为同一块全反后镜；将集成的全反后镜称为第三全反后镜(d)；即：所述第一脉冲激光输出单元(a)和所述第二脉冲激光输出单元(b)共用同一块第三全反后镜(d)。

优选的，所述第一脉冲激光输出单元(a)还包括第一调q晶体(10)；所述第一调q晶体(10)同轴设置于所述第一起偏元器件(2)和所述第一全反后镜(1)之间；所述第二脉冲激光输出单元(b)还包括第二调q晶体(11)；所述第二调q晶体(11)同轴设置于所述第二起偏元器件(8)和所述第二全反后镜(9)之间。

优选的，所述第一调q晶体(10)和所述第二调q晶体(11)，为主动调q晶体或被动调q晶体。

优选的，所述第一偏振元器件(4)和所述第二偏振元器件(6)相同，均为偏振棱镜、布儒斯特角偏振片或45°偏振片。

本实用新型提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器具有以下优点：

在同一个固体激光谐振腔中，产生两路脉冲激光，并且，两路脉冲激光通过偏振耦合合束单元进行偏振“腔内合束”，再共用一个输出镜，实现有限体积内紧凑双脉冲谐振腔设计。通过实验及应用产品，证明本申请完全能减少激光器体积，并且提高双脉冲激光光斑的重合度，对双脉冲激光应用有良好的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的结构原理示意图；

图4为本实用新型实施例三提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例四提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例五提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器，主要应用于双脉冲应用，例如双脉冲piv激光器(离子成像测速)及双脉冲libs等应用(激光诱导击穿光谱仪)。在同一个固体激光谐振腔中，产生两路脉冲激光，并且，两路脉冲激光通过偏振耦合合束单元进行偏振“腔内合束”，再共用一个输出镜，实现有限体积内紧凑双脉冲谐振腔设计。由于两路脉冲激光在同一个谐振腔生成，并且共用同一个输出镜，因此，双光束光斑重合度得到提高。

参考图1，一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器包括第一脉冲激光输出单元a、第二脉冲激光输出单元b、偏振耦合合束单元c以及输出镜5；第一脉冲激光输出单元a、第二脉冲激光输出单元b、偏振耦合合束单元c以及输出镜5布置于同一个固体激光谐振腔中。

其中，偏振耦合合束单元c包括第一偏振元器件4和第二偏振元器件6；

第一脉冲激光输出单元a包括第一全反后镜1、第一起偏元器件2和第一工作物质3；位于同一光轴上依次设置第一全反后镜1、第一起偏元器件2、第一工作物质3和第一偏振元器件4；第一工作物质3产生的激光中，经过第一起偏元器件2后得到第一偏振态激光，第一偏振态激光入射到第一全反后镜1后，经第一全反后镜1反射后，依次通过第一起偏元器件2和第一工作物质3后，入射到第一偏振元器件4；在第一偏振元器件4的透射光路上，布置输出镜5；

第二脉冲激光输出单元b包括第二全反后镜9、第二起偏元器件8和第二工作物质7；位于同一光轴上依次设置第二全反后镜9、第二起偏元器件8和第二工作物质7；第二工作物质7产生的激光中，经过第二起偏元器件8后得到第二偏振态激光，并且，第二起偏元器件8引起的第二偏振态激光的偏振方向，与第一起偏元器件2引起的第一偏振态激光的偏振方向垂直；第二偏振态激光入射到第二全反后镜9后，经第二全反后镜9反射后，依次通过第二起偏元器件8和第二工作物质7后，入射到第二偏振元器件6；第二偏振元器件6对第二偏振态激光的反射光入射到第一偏振元器件4，第一偏振元器件4对第二偏振态激光的反射光，入射到输出镜5。

实际应用中，各器件可采用以下方式：

第一全反后镜1和第二全反后镜9，构成谐振腔的一端；镜片镀有对振荡激光的反射介质膜(r>99％)；

第一工作物质3和第二工作物质7，是产生振荡输出的核心器件，包括激光晶体和闪光灯，由工作物质(如nd:yag)、聚光腔和氙灯集合而成，聚光腔把氙灯放电释放的光能泵浦工作物质，实现上能级粒子数反转，用于提供激光器所需要的能源；具体的，泵浦腔内的激光晶体吸收闪光灯发出的泵浦光后产生激光辐射；

第一起偏元器件2和第二起偏元器件8，用于改变激光的偏振方向，第一起偏元器件2和第二起偏元器件8的偏振方向垂直，例如，使第一脉冲激光输出单元a输出水平偏振光；使第二脉冲激光输出单元b输出垂直偏振光。

输出镜5，构成谐振腔的另一端，用于输出激光。输出镜面向谐振腔的一面镀有在振荡激光处部分输出的介质膜，另一面镀有对振荡激光的增透介质膜(t>99％)。

其工作原理为：第一全反后镜1到输出镜5之间的空间，形成第一偏振态激光的振荡空间。具体的，第一工作物质3产生的激光，经第一起偏元器件2后，得到第一偏振态的激光，然后入射到第一全反后镜1，经第一全反后镜1反射后，通过第一起偏元器件2和第一工作物质3，而入射到第一偏振元器件4，经第一偏振元器件4透射后入射到输出镜5。

第二全反后镜9到输出镜5之间的空间，形成第二偏振态激光的振荡空间。具体的，第二工作物质7产生的激光，经第二起偏元器件8后，得到第二偏振态的激光，然后入射到第二全反后镜9；经第二全反后镜9反射后，通过第二起偏元器件8和第二工作物质7后，入射到第二偏振元器件6，经第二偏振元器件6反射后，入射到第一偏振元器件4；再经过第一偏振元器件4反射后，入射到输出镜5。

由此可见，本申请中，在同一个固体激光谐振腔中，第一脉冲激光输出单元a和第二脉冲激光输出单元b各产生两路脉冲激光，并且，两路脉冲激光通过偏振耦合合束单元进行偏振“腔内合束”，再共用一个输出镜。

基于上述设计构思，为对本申请进行充分理解，下面介绍四个实施例：

实施例一：

本实施例中，第一全反后镜1和第二全反后镜9分离设置，第一偏振元器件4和第二偏振元器件6相同，均采用布儒斯特角偏振片，得到图1所示结构。

因此，两个起偏垂直的第一脉冲激光输出单元a和第二脉冲激光输出单元b通过偏振耦合合束元器件合束，共同通过一个输出镜5输出，形成双脉冲谐振腔。

实施例二：

本实施例中，参考图2，第一全反后镜1和第二全反后镜9集成为同一块全反后镜；将集成的全反后镜称为第三全反后镜d；即：第一脉冲激光输出单元a和第二脉冲激光输出单元b共用同一块第三全反后镜d。

实施例三：

参考图3和图4，在实施例一的基础上，第一脉冲激光输出单元a还包括第一调q晶体10；第一调q晶体10同轴设置于第一起偏元器件2和第一全反后镜1之间；第二脉冲激光输出单元b还包括第二调q晶体11；第二调q晶体11同轴设置于第二起偏元器件8和第二全反后镜9之间。其中，第一调q晶体10和第二调q晶体11，为主动调q晶体或被动调q晶体。

通过增加调q晶体，可以实现线偏振激光的调q输出。

实施例四：

参考图5，本实施例中，第一偏振元器件4和第二偏振元器件6相同，均为偏振棱镜，实现偏振耦合合束功能。

实施例五：

参考图6，本实施例中，第一偏振元器件4和第二偏振元器件6相同，均为45°偏振片，实现偏振耦合合束功能。

综上所述，本实用新型提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器，需要重点保护以下内容：

1)在同一个激光谐振腔中中，两路脉冲激光通过偏振“腔内合束”共用同一个输出镜，形成双脉冲谐振腔设计。

2)进一步覆盖全反后镜可分离放置，也可共用全反后镜。

3)进一步覆盖第一脉冲激光输出单元a和第二脉冲激光输出单元b均增加调q晶体(主动或被动调q晶体)。

4)进一步覆盖偏振耦合合束元器件可以是棱镜偏振(代替布儒斯特角偏振片)，实现偏振耦合合束功能。

5)进一步覆盖偏振耦合合束元器件可以是45°偏振片(代替布儒斯特角偏振片)，实现偏振耦合合束功能。

由此可见，本申请中，全反后镜可分离放置，也可共用全反后镜。谐振腔内增加调q晶体(主动或被动调q晶体)。谐振腔内偏振耦合合束元器件，可以是偏振棱镜，也可以是45°偏振片，也可以是布儒斯特角偏振片，实现偏振耦合合束功能。

本实用新型提供的一种通过偏振态耦合的双脉冲固体激光器具有以下优点：

在同一个固体激光谐振腔中，产生两路脉冲激光，并且，两路脉冲激光通过偏振耦合合束单元进行偏振“腔内合束”，再共用一个输出镜，实现有限体积内紧凑双脉冲谐振腔设计。通过实验及应用产品，证明本申请完全能减少激光器体积，并且提高双脉冲激光光斑的重合度，对双脉冲激光应用有良好的效果。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。