一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统及方法

本发明属于偏振光泵浦，具体是一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统及方法。

背景技术：

1、自1960年第一台红宝石激光器问世以来，固体激光器得到了飞速发展。由于固体激光器有高输出功率、高光束质量的优点，其被广泛用于各个领域。随着对固体激光器功率的要求逐渐提高，其中增益介质的热效应带来的负面影响也越来越明显。于是碟片激光器应运而生。相比于传统的固体激光器，碟片激光器的增益介质在轴向上的长度大大压缩，具有极高的径厚比，有更加出色的散热能力，能进一步提高激光器的输出功率。但是轴向上较小的厚度使得泵浦光对激光晶体的单次泵浦效率变低，故需要多通泵浦光路系统让泵浦光多次通过晶体。

2、对于各向异性的激光晶体，例如以ylf为衬底的激光晶体，在设计多通泵浦光路时要多考虑泵浦光的偏振方向。泵浦光在经过激光晶体时，存在一个特定偏振方向，泵浦光以此偏振方向入射激光晶体时的泵浦效率最高。同时现在的多通泵浦系统大多使用直角棱镜来连接相邻的两通泵浦光路，泵浦光经过直角棱镜进入相邻泵浦光路时，其偏振角度会发生一定偏转，会降低其泵浦效率，最后会使泵浦效率严重低于预期，影响泵浦系统的正常工作。

技术实现思路

1、为了克服各向异性碟片激光晶体泵浦存在的泵浦光效率低的不足，本发明提出了一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统及方法。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，包括n个半波片、凹面反射镜(2)、碟片激光晶体(3)、至少2个直角棱镜。

4、所述碟片激光晶体位于所述凹面反射镜的正下方，所述凹面反射镜水平放置，凹面向下。

5、泵浦光路为n通光路，每通光路的路径为：入射光经过半波片入射至凹面反射镜，凹面反射镜反射至碟片激光晶体，碟片激光晶体的下表面反射，再次入射凹面反射镜，凹面反射镜再次反射射出。上一通光路的射出光经过直角棱镜转入下一通光路。

6、所述凹面反射镜的面型为球面。

7、上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，所述凹面反射镜的面型还可以为非球面。

8、上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，所述凹面反射镜的面型为抛物面。

9、上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，所述凹面反射镜的面型为二次曲面。

10、上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，所述凹面反射镜的面型为自由曲面。

11、上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，n＝6；所述多通泵浦系统为6通泵浦系统，包括4个直角棱镜，分别为一号直角棱镜、二号直角棱镜、三号直角棱镜、四号直角棱镜。所述泵浦光路包括6通光路，每通光路中均设置1个半波片，第一通光路至第六通光路中的半波片分别为第一通光路半波片、第二通光路半波片、第三通光路半波片、第四通光路半波片、第五通光路半波片、第六通光路半波片。

12、入射光依次经过第一通光路a、一号直角棱镜、二号直角棱镜、第二通光路b、三号直角棱镜、四号直角棱镜、第三通光路c、一号直角棱镜、二号直角棱镜、第四通光路d、三号直角棱镜、四号直角棱镜、第五通光路e、一号直角棱镜、二号直角棱镜、第六通光路f，经凹面反射镜射出。

13、上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，所述半波片改变泵浦光的偏振方向，偏振分量最大的分量的方向与碟片激光晶体泵浦光吸收效率最高的偏振方向相同。

14、一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦方法，使用上述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，包括如下步骤：

15、步骤1，以混合偏振光为泵浦光源的输出光，转动第一通光路半波片，采用功率计测量输出的经过激光晶体放大的信号光的光功率，至功率计数值为最大；

16、步骤2，转动下一通光路的半波片，至输出的信号光的光功率数值为最大；

17、步骤3，重复步骤2，直至调节最后一通光路的半波片，至信号光的光功率放大为最大，得到出射光。

18、上述的碟片激光晶体多通泵浦方法，所述调节半波片位置的方式为微调。

19、本发明的有益效果是：

20、一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦方法，针对各向异性激光晶体，减小混合偏振泵浦光每次入射碟片激光晶体时只吸收一个偏振分量带来的影响，通过旋转偏振方向使偏振最大分量的方向与激光晶体最大吸收偏振方向始终一致，有效优化泵浦光的光光转换效率，提高多通泵浦系统的泵浦效率。

21、一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，针对使用直角棱镜连接相邻两通光路的多通泵浦系统，解决了连接过程对泵浦光偏振方向调制的问题，保证入射到晶体的偏振分量最大的分量的方向与晶体吸收效率最高的偏振方向大致保持一致，稳定泵浦光泵浦效果。

22、一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，使用的光学元件种类较少，可根据实际需求改变原件的位置和数量，且结构简单，成本较低。

技术特征：

1.一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，包括n个半波片、凹面反射镜(2)、碟片激光晶体(3)、至少2个直角棱镜；

2.根据权利要求1所述基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，所述凹面反射镜的面型还可以为非球面。

3.根据权利要求2所述基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，所述凹面反射镜的面型为抛物面。

4.根据权利要求2所述基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，所述凹面反射镜的面型为二次曲面。

5.根据权利要求2所述基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，所述凹面反射镜的面型为自由曲面。

6.根据权利要求1或2所述基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，n＝6；所述多通泵浦系统为6通泵浦系统，包括4个直角棱镜，分别为一号直角棱镜(4)、二号直角棱镜(5)、三号直角棱镜(7)、四号直角棱镜(8)；

7.根据权利要求1或2所述基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，所述半波片改变泵浦光的偏振方向，偏振分量最大的分量的方向与碟片激光晶体泵浦光吸收效率最高的偏振方向相同。

8.一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦方法，使用权利要求1至7中任一基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦方法，其特征在于，所述调节半波片位置的方式为微调。

10.根据权利要求8所述的基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦方法，其特征在于，所述功率计数值为最大是指，调节半波片位置时，保证偏振分量最大的分量的方向与碟片激光晶体泵浦光吸收效率最高的偏振方向相同。

技术总结
本发明属于偏振光泵浦技术领域，具体涉及一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦系统，包括半波片、凹面反射镜、碟片激光晶体、直角棱镜。入射光经过半波片入射至凹面反射镜，反射至碟片激光晶体。还涉及一种基于混合偏振光的碟片激光晶体多通泵浦方法，包括调节半波片位置，至光路输出光功率为最大的步骤。本发明基于入射光为混合偏振光，针对各向异性激光晶体，减小混合偏振泵浦光每次入射碟片激光晶体时只吸收一个偏振分量带来的影响，通过旋转偏振方向使偏振最大分量的方向与激光晶体最大吸收偏振方向始终一致，有效优化泵浦光的光光转换效率，提高多通泵浦系统的泵浦效率。

技术研发人员：程彥深,张理奕,雷冰莹,姚帅,林华,付玉喜
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17