CN102545001B - 再生激光放大器 - Google Patents
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Abstract
一种再生激光放大器，其可消除热退偏效应，所述再生激光放大器具有一个谐振腔，所述谐振腔由两个全反镜构成，所述谐振腔内设置有一个放大器，所述放大器位于所述两个全反镜之间的光路中。所述谐振腔内进一步设置有两个旋光器，所述两个旋光器分别设置于所述放大器的两侧且位于所述两个全反镜之间的光路中，每一所述旋光器均可使入射至其内的激光的偏振方向产生45度偏转。所述再生激光放大器可以使进入和输出其中的激光的偏振态保持不变，消除激光放大器中工作介质的热退偏效应，提高激光器的质量。
Description
技术领域
本发明涉及再生激光放大器，特别涉及一种可消除热退偏效应的再生激光放大器。
背景技术
在激光器运转过程中，抽运能量大部分都转化成热耗散在激光晶体中，抽运不均匀以及热传递等原因造成了晶体内部温度分布的不均匀，形成热应力，引起晶体折射率的分布不均匀，使得各向同性的激光介质变为各向异性。激光通过各向异性的折射率介质时，激光波前将发生畸变，线偏振光入射到有应力双折射的激光介质后将产生热退偏效应。热退偏效应极大影响激光器的质量。
因此，如何消除热退偏效应或对热退偏现象进行必要的补偿就成为激光器发展的一个难题。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种可消除热退偏效应的再生激光放大器。
一种再生激光放大器，其可消除热退偏效应，所述再生激光放大器具有一个谐振腔，所述谐振腔由两个全反镜构成，所述谐振腔内设置有一个放大器，所述放大器位于所述两个全反镜之间的光路中。所述谐振腔内进一步设置有两个旋光器，所述两个旋光器分别设置于所述放大器的两侧且位于所述两个全反镜之间的光路中，每一所述旋光器均可使入射至其内的激光的偏振方向产生45度偏转。
相较于现有技术，本发明提供的再生激光放大器在谐振腔内的放大器两侧分别设置一个旋光器，利用所述旋光器使入射激光的偏振方向产生45度偏转，再配合构成谐振腔的全反镜，对激光的偏振方向进行修正调整，保持激光入射和射出后的偏振方向的一致，进而可以有效地消除激光放大器中工作介质热退偏效应，提高相应的激光器的工作质量。
附图说明
图1是本发明第一实施方式提供的再生激光放大器的结构示意图。
图2为图1所示再生激光放大器在工作过程中，激光偏振态变化的示意图。
图3是本发明第二实施方式提供的再生激光放大器的结构示意图。
图4为图3所示再生激光放大器在工作过程中，激光偏振态变化的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
请参阅图1，本发明第一实施方式提供的一种再生激光放大器100，其可以消除热退偏效应，所述再生激光放大器100包括第一偏振光分束器（Polarizing Beaming Splitter,PBS）11，半波片12、第一旋光器13、第二偏振光分束器14、电光晶体15、四分之一波片16、第一全反镜17、第二旋光器18、放大器19、第三旋光器110、第二全反镜111。
所述第一偏振光分束器11、所述半波片12、所述第一旋光器13、所述第二偏振光分束器14、所述电光晶体15、所述四分之一波片16和所述第一全反镜17沿第一方向依次顺序设置。所述第二全反镜111设置于与所述第一方向垂直的第二方向，且与所述第二偏振光分束器14相对。所述第二旋光器18、所述放大器19和所述第三旋光器110沿所述第二方向依次顺序设置在所述第二偏振光分束器14和所述第二全反镜111之间。所述第二偏振光分束器14、所述电光晶体15及所述四分之一波片16均位于所述第一全反镜17与所述第二全反镜111之间的光路中。所述第二旋光器18和所述第三旋光器110分别设置于所述放大器19的两侧且位于所述第一全反镜17和所述第二全反镜111之间的光路中。
本实施例中，所述第一方向和所述第二方向均为直线方向。
所述第一全反镜17与所述第二全反镜111均用于使入射的激光发生全反射，以减少激光光程中的能量损耗。第一全反镜17与第二全反镜111构成再生激光放大器100的光学谐振腔，用于提供光学反馈，使受激辐射光子在其内多次往返以形成相干的持续振荡，并对光学谐振腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出具有一定的定向性和单色性的激光。由光学谐振腔出射的激光经光学谐振腔内的第二偏振光分束器14分光后，依次经过第一旋光器13、半波片12，并最终由第一偏振光分束器11分光后射出。
所述四分之一波片16、所述电光晶体15、所述第二偏振光分束器14、所述第二旋光器18、所述放大器19及所述第二旋光器110均设置于光学谐振腔内。
所述第一旋光器13、所述第二旋光器18和所述第三旋光器110均为法拉第旋光器，用于将通过的偏振光的偏振方向按顺时针或逆时针方向偏转45度。
所述电光晶体15用于调节Q值。
所述放大器19为激光多程放大器，用于提高激光束的功率或能量，以获得较高质量的激光束。
优选地，所述再生激光放大器100中的第二旋光器18和第三旋光器110为同向法拉第旋光器，即，本实施例中的第二旋光器18和第三旋光器110均为顺时针法拉第旋光器或均为逆时针法拉第旋光器。
再生激光放大器100的消除热退偏效应工作原理如下所述：
请一并参阅图2，图2为所述再生激光放大器100在工作过程中，激光偏振态变化的示意图。本实施例以第二旋光器18和第三旋光器110均为逆时针法拉第旋光器为例进行具体介绍。
入射激光从图1所示的方向a进入第一偏振光分束器11，然后依次经过半波片12、第一旋光器13后，进入第二偏振光分束器14，即进入光学谐振腔进行激光的反馈和放大；经过第一全反镜17和第二全反镜111的多次全反射后，激光从第二偏振光分束器14沿与方向a相反的方向射出，并依次经过第一旋光器13、半波片12，之后在第一偏振光分束器11沿方向b出射。
其中消除热退偏效应的过程主要集中在光学谐振腔内，具体地，在光学谐振腔中，如图2所示，具有偏振方向1的激光进入第二旋光器18，经过第二旋光器18后，激光的偏振方向逆时针旋转45度至偏振方向2；并以偏振方向2进入放大器19进行功率放大；经放大器19放大后的激光进入第三旋光器110，经过第三旋光器110后，激光的偏振方向再次逆时针旋转45度至偏振方向3；然后激光被第二全反镜111反射后再次进入第三旋光器110，经过第三旋光器110后，激光的偏振方向第三次逆时针旋转45度至偏振方向4；然后激光保持偏振方向4第二次进入放大器19，经过第二次进入放大器19进行功率放大后，激光的偏振方向第四次逆时针旋转45度至偏振方向5。
由图2可以看出，偏振方向5与偏振方向1为一致的偏振方向，由此激光即保持了原有的偏振方向。
可以理解的是，激光第一次射向第三旋光器110的偏振方向2与第二次从第三旋光器110出射的偏振方向正交，由此，正交偏振的激光通过交换径向和切向偏振分量来补偿激光放大器中工作介质产生的热退偏，进而可以使进入和出射再生激光放大器100的激光的偏振态保持不变，有效地消除激光放大器中工作介质的热退偏现象。
可以理解的是，当第二旋光器18和第三旋光器110均为顺时针法拉第旋光器时，同样可以获得所述再生激光放大器100消除激光放大器中工作介质的热退偏现象的效果，此时，激光的偏振方向将会按照与图2所示的变化相反的顺时针方向改变，具体原理在此不再赘述。
请参阅图3，是本发明第二实施方式提供的一种再生激光放大器200，其基本结构与本发明第一实施方式提供的再生激光放大器100的基本结构相同，包括第一偏振光分束器21，半波片22、第一旋光器23、第二偏振光分束器24、电光晶体25、四分之一波片26、第一全反镜27、第二旋光器28、放大器29、第三旋光器210、第二全反镜211。
所述第一偏振光分束器21、所述半波片22、所述第一旋光器23、所述第二偏振光分束器24、所述电光晶体25、所述四分之一波片26和所述第一全反镜27沿第一方向依次顺序设置。所述第二全反镜211设置于与所述第一方向垂直的第二方向，且与所述第二偏振光分束器24相对。所述第二旋光器28、所述放大器29和所述第三旋光器210沿所述第二方向依次顺序设置在所述第二偏振光分束器24和所述第二全反镜211之间。
所述第二偏振光分束器24、所述电光晶体25及所述四分之一波片26均位于所述第一全反镜27与所述第二全反镜211之间的光路中。所述第二旋光器28和所述第三旋光器210分别设置于所述放大器29的两侧且位于所述第一全反镜27和所述第二全反镜211之间的光路中。
本实施例中，所述第一方向和所述第二方向均为直线方向。
所述第一全反镜27与所述第二全反镜211均用于使入射的激光发生全反射，以减少激光光程中的能量损耗。第一全反镜27与第二全反镜211构成再生激光放大器200的光学谐振腔，用于提供光学反馈，使受激辐射光子在其内多次往返以形成相干的持续振荡，并对光学谐振腔内往返振荡光束的方向和频率进行限制，以保证输出具有一定的定向性和单色性的激光。由光学谐振腔出射的激光经光学谐振腔内的第二偏振光分束器24分光后，依次经过第一旋光器23、半波片22，并最终由第一偏振光分束器21分光后射出。
所述四分之一波片26、所述电光晶体25、所述第二偏振光分束器24、所述第二旋光器28、所述放大器29及所述第二旋光器210均设置于光学谐振腔内。
所述第一旋光器23、所述第二旋光器28和所述第三旋光器210均为法拉第旋光器，用于将通过的偏振光的偏振态按照顺时针或逆时针方向偏转45度。
所述电光晶体25用于调节Q值。
所述放大器29为激光多程放大器，用于提高激光束的功率或能量，以获得较高质量的激光束。
优选地，所述再生激光放大器200中的第二旋光器28和第三旋光器210为反向法拉第旋光器，即，本实施例中的第二旋光器28为顺时针法拉第旋光器，第三旋光器210为逆时针法拉第旋光器；或者第二旋光器28为逆时针法拉第旋光器，第三旋光器210为顺时针法拉第旋光器。
再生激光放大器200的消除热退偏效应工作原理如下所述：
请同时参阅图4，图4为所述再生激光放大器200在工作过程中，激光偏振态变化的示意图。本实施例中以第二旋光器28为逆时针法拉第旋光器，第三旋光器210为顺时针法拉第旋光器为例进行具体介绍。
入射激光从图3所示的方向a进入第一偏振光分束器21，然后依次经过半波片22、第一旋光器23后，进入第二偏振光分束器24，即进入光学谐振腔进行激光的反馈和放大；经过在第一全反镜27和第二全反镜211的多次全反射后，激光从第二偏振光分束器24沿与方向a相反的方向射出，并依次经过第一旋光器23、半波片22，之后在第一偏振光分束器21沿方向b出射。
其中消除热退偏效应的过程主要集中在光学谐振腔内，具体地，在光学谐振腔中，如图4所示，具有偏振方向1的激光进入第二旋光器28，经过第二旋光器28后，激光的偏振方向逆时针旋转45度至偏振方向2；并以偏振方向2进入放大器29进行功率放大；经过放大器29放大后的激光进入第三旋光器210，经过第三旋光器210后，激光的偏振方向顺时针旋转45度至偏振方向3（与偏振方向1重合）；然后激光被第二全反镜211反射后再次进入第三旋光器210，经过第三旋光器210后，激光的偏振方向再次顺时针旋转45度至偏振方向4；然后激光保持偏振方向4第二次进入放大器29，经过放大器29进行功率放大后，激光进入第二旋光器2，经过第二旋光器2后，激光的偏振方向再次逆时针旋转45度至偏振方向5（与偏振方向1重合）。
由图4可以看出，偏振方向5与偏振方向1为一致的偏振方向，由此激光即保持了原偏振方向。
可以理解的是，激光第一次射向第三旋光器210的偏振方向2与第二次从第三旋光器210出射的偏振方向正交，由此，正交偏振的激光通过交换径向和切向偏振分量来补偿激光放大器中工作介质产生的热退偏，进而可以使进入和出射再生激光放大器200的激光的偏振态保持不变，有效地消除激光放大器中工作介质的热退偏现象。
可以理解的是，当第二旋光器28为顺时针法拉第旋光器，第三旋光器210为逆时针法拉第旋光器时，其工作原理与第二实施方式的再生激光放大器200工作原理相似，激光的偏振方向将会按照与图4所示的变化相反的变化规律变化，在此不再赘述。
在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
Claims (6)
1.一种再生激光放大器，其可消除热退偏效应，所述再生激光放大器具有一个谐振腔，所述谐振腔由两个全反镜构成，所述谐振腔内设置有一个放大器，所述放大器位于所述两个全反镜之间的光路中，其特征在于：所述谐振腔内进一步设置有两个旋光器，所述两个旋光器分别设置于所述放大器的两侧且位于所述两个全反镜之间的光路中，每一所述旋光器均可使入射至其内的激光的偏振方向产生45度偏转；
所述再生激光放大器进一步包括一个第一偏振光分束器、一个半波片、一个第一旋光器、一个第二偏振光分束器、一个电光晶体及一个四分之一波片，所述两个全反镜包括一个第一全反镜和一个第二全反镜，所述第一偏振光分束器、所述半波片、所述第一旋光器、所述第二偏振光分束器、所述电光晶体、所述四分之一波片和所述第一全反镜沿第一方向依次顺序设置，所述第二偏振光分束器、所述电光晶体及所述四分之一波片均位于所述第一全反镜与所述第二全反镜之间的光路中，所述第二全反镜设置于与所述第一方向垂直的第二方向，且与所述第二偏振光分束器相对，所述放大器及其两侧的旋光器沿所述第二方向依次顺序设置在所述第二偏振光分束器和所述第二全反镜之间。
2.如权利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述两个旋光器均为法拉第旋光器。
3.如权利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述两个旋光器均为逆时针旋光器，或者均为顺时针旋光器，或者其中之一为顺时针旋光器、另一旋光器为逆时针旋光器。
4.如权利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述第一旋光器为法拉第旋光器，可使入射至其内的激光的偏振方向产生45度偏转。
5.如权利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述第一方向和所述第二方向均为直线方向。
6.如权利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述放大器为激光多程放大器。
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Date of cancellation: 20180130 Granted publication date: 20140312 Pledgee: China Co truction Bank Corp Beijing Zhongguancun branch Pledgor: Beijing GK Laser Technology Co., Ltd. Registration number: 2018990000064 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Regenerative laser amplifier Effective date of registration: 20180130 Granted publication date: 20140312 Pledgee: China Co truction Bank Corp Beijing Zhongguancun branch Pledgor: Beijing GK Laser Technology Co., Ltd. Registration number: 2018990000091 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140312 Termination date: 20200825 |