專利名稱：再生激光放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及再生激光放大器，特別涉及一種可消除熱退偏效應的再生激光放大O背景技術
在激光器運轉過程中，抽運能量大部分都轉化成熱耗散在激光晶體中，抽運不均勻以及熱傳遞等原因造成了晶體內部溫度分布的不均勻，形成熱應力，引起晶體折射率的分布不均勻，使得各向同性的激光介質變?yōu)楦飨虍愋?。激光通過各向異性的折射率介質時， 激光波前將發(fā)生畸變，線偏振光入射到有應力雙折射的激光介質后將產生熱退偏效應。熱退偏效應極大影響激光器的質量。
因此，如何消除熱退偏效應或對熱退偏現象進行必要的補償就成為激光器發(fā)展的一個難題。發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種可消除熱退偏效應的再生激光放大器。
一種再生激光放大器，其可消除熱退偏效應，所述再生激光放大器具有一個諧振腔，所述諧振腔由兩個全反鏡構成，所述諧振腔內設置有一個放大器，所述放大器位于所述兩個全反鏡之間的光路中。所述諧振腔內進一步設置有兩個旋光器，所述兩個旋光器分別設置于所述放大器的兩側且位于所述兩個全反鏡之間的光路中，每一所述旋光器均可使入射至其內的激光的偏振方向產生45度偏轉。
相較于現有技術，本發(fā)明提供的再生激光放大器在諧振腔內的放大器兩側分別設置一個旋光器，利用所述旋光器使入射激光的偏振方向產生45度偏轉，再配合構成諧振腔的全反鏡，對激光的偏振方向進行修正調整，保持激光入射和射出后的偏振方向的一致，進而可以有效地消除激光放大器中工作介質熱退偏效應，提高相應的激光器的工作質量。
圖1是本發(fā)明第一實施方式提供的再生激光放大器的結構示意圖。
圖2為圖1所示再生激光放大器在工作過程中，激光偏振態(tài)變化的示意圖。
圖3是本發(fā)明第二實施方式提供的再生激光放大器的結構示意圖。
圖4為圖3所示再生激光放大器在工作過程中，激光偏振態(tài)變化的示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
請參閱圖1，本發(fā)明第一實施方式提供的一種再生激光放大器100，其可以消除熱退偏效應，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、電光晶體15、四分之一波片16、第一全反鏡17、第二旋光器18、放大器19、第三旋光器110、第二全反鏡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、所述電光晶體15、所述四分之一波片16和所述第一全反鏡17沿第一方向依次順序設置。所述第二全反鏡111設置于與所述第一方向垂直的第二方向，且與所述第二偏振光分束器14相對。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順序設置在所述第二偏振光分束器14和所述第二全反鏡111之間。所述第二偏振光分束器14、所述電光晶體15及所述四分之一波片16均位于所述第一全反鏡17與所述第二全反鏡111之間的光路中。所述第二旋光器18和所述第三旋光器110分別設置于所述放大器19的兩側且位于所述第一全反鏡17和所述第二全反鏡111之間的光路中。
本實施例中，所述第一方向和所述第二方向均為直線方向。
所述第一全反鏡17與所述第二全反鏡111均用于使入射的激光發(fā)生全反射，以減少激光光程中的能量損耗。第一全反鏡17與第二全反鏡111構成再生激光放大器100的光學諧振腔，用于提供光學反饋，使受激輻射光子在其內多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩， 并對光學諧振腔內往返振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出具有一定的定向性和單色性的激光。由光學諧振腔出射的激光經光學諧振腔內的第二偏振光分束器14分光后， 依次經過第一旋光器13、半波片12，并最終由第一偏振光分束器11分光后射出。
所述四分之一波片16、所述電光晶體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均設置于光學諧振腔內。
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均為法拉第旋光器，用于將通過的偏振光的偏振方向按順時針或逆時針方向偏轉45度。
所述電光晶體15用于調節(jié)Q值。
所述放大器19為激光多程放大器，用于提高激光束的功率或能量，以獲得較高質量的激光束。
優(yōu)選地，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為同向法拉第旋光器，即，本實施例中的第二旋光器18和第三旋光器110均為順時針法拉第旋光器或均為逆時針法拉第旋光器。
再生激光放大器100的消除熱退偏效應工作原理如下所述
請一并參閱圖2，圖2為所述再生激光放大器100在工作過程中，激光偏振態(tài)變化的示意圖。本實施例以第二旋光器18和第三旋光器110均為逆時針法拉第旋光器為例進行具體介紹。
入射激光從圖1所示的方向a進入第一偏振光分束器11，然后依次經過半波片 12、第一旋光器13后，進入第二偏振光分束器14，即進入光學諧振腔進行激光的反饋和放大；經過第一全反鏡17和第二全反鏡111的多次全反射后，激光從第二偏振光分束器14沿與方向a相反的方向射出，并依次經過第一旋光器13、半波片12，之后在第一偏振光分束器 11沿方向b出射。
其中消除熱退偏效應的過程主要集中在光學諧振腔內，具體地，在光學諧振腔中， 如圖2所示，具有偏振方向1的激光進入第二旋光器18，經過第二旋光器18后，激光的偏振方向逆時針旋轉45度至偏振方向2 ；并以偏振方向2進入放大器19進行功率放大；經放大器19放大后的激光進入第三旋光器110，經過第三旋光器110后，激光的偏振方向再次逆時針旋轉45度至偏振方向3 ；然后激光被第二全反鏡111反射后再次進入第三旋光器110，經過第三旋光器110后，激光的偏振方向第三次逆時針旋轉45度至偏振方向4 ；然后激光保持偏振方向4第二次進入放大器19，經過第二次進入放大器19進行功率放大后，激光的偏振方向第四次逆時針旋轉45度至偏振方向5。
由圖2可以看出，偏振方向5與偏振方向1為一致的偏振方向，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與第二次從第三旋光器110出射的偏振方向正交，由此，正交偏振的激光通過交換徑向和切向偏振分量來補償激光放大器中工作介質產生的熱退偏，進而可以使進入和出射再生激光放大器100的激光的偏振態(tài)保持不變，有效地消除激光放大器中工作介質的熱退偏現象。
可以理解的是，當第二旋光器18和第三旋光器110均為順時針法拉第旋光器時， 同樣可以獲得所述再生激光放大器100消除激光放大器中工作介質的熱退偏現象的效果， 此時，激光的偏振方向將會按照與圖2所示的變化相反的順時針方向改變，具體原理在此不再贅述。
請參閱圖3，是本發(fā)明第二實施方式提供的一種再生激光放大器200，其基本結構與本發(fā)明第一實施方式提供的再生激光放大器100的基本結構相同，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、電光晶體25、四分之一波片26、第一全反鏡27、第二旋光器觀、放大器四、第三旋光器210、第二全反鏡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M、所述電光晶體25、所述四分之一波片沈和所述第一全反鏡27沿第一方向依次順序設置。所述第二全反鏡211設置于與所述第一方向垂直的第二方向，且與所述第二偏振光分束器M相對。所述第二旋光器觀、所述放大器四和所述第三旋光器210沿所述第二方向依次順序設置在所述第二偏振光分束器24和所述第二全反鏡211之間。
所述第二偏振光分束器M、所述電光晶體25及所述四分之一波片沈均位于所述第一全反鏡27與所述第二全反鏡211之間的光路中。所述第二旋光器觀和所述第三旋光器210分別設置于所述放大器四的兩側且位于所述第一全反鏡27和所述第二全反鏡211 之間的光路中。
本實施例中，所述第一方向和所述第二方向均為直線方向。
所述第一全反鏡27與所述第二全反鏡211均用于使入射的激光發(fā)生全反射，以減少激光光程中的能量損耗。第一全反鏡27與第二全反鏡211構成再生激光放大器200的光學諧振腔，用于提供光學反饋，使受激輻射光子在其內多次往返以形成相干的持續(xù)振蕩， 并對光學諧振腔內往返振蕩光束的方向和頻率進行限制，以保證輸出具有一定的定向性和單色性的激光。由光學諧振腔出射的激光經光學諧振腔內的第二偏振光分束器M分光后， 依次經過第一旋光器23、半波片22，并最終由第一偏振光分束器21分光后射出。
所述四分之一波片26、所述電光晶體25、所述第二偏振光分束器M、所述第二旋光器觀、所述放大器四及所述第二旋光器210均設置于光學諧振腔內。
所述第一旋光器23、所述第二旋光器觀和所述第三旋光器210均為法拉第旋光器，用于將通過的偏振光的偏振態(tài)按照順時針或逆時針方向偏轉45度。
所述電光晶體25用于調節(jié)Q值。
所述放大器四為激光多程放大器，用于提高激光束的功率或能量，以獲得較高質量的激光束。
優(yōu)選地，所述再生激光放大器200中的第二旋光器觀和第三旋光器210為反向法拉第旋光器，即，本實施例中的第二旋光器觀為順時針法拉第旋光器，第三旋光器210為逆時針法拉第旋光器；或者第二旋光器觀為逆時針法拉第旋光器，第三旋光器210為順時針法拉第旋光器。
再生激光放大器200的消除熱退偏效應工作原理如下所述
請同時參閱圖4，圖4為所述再生激光放大器200在工作過程中，激光偏振態(tài)變化的示意圖。本實施例中以第二旋光器觀為逆時針法拉第旋光器，第三旋光器210為順時針法拉第旋光器為例進行具體介紹。
入射激光從圖3所示的方向a進入第一偏振光分束器21，然后依次經過半波片 22、第一旋光器23后，進入第二偏振光分束器24，即進入光學諧振腔進行激光的反饋和放大；經過在第一全反鏡27和第二全反鏡211的多次全反射后，激光從第二偏振光分束器M 沿與方向a相反的方向射出，并依次經過第一旋光器23、半波片22，之后在第一偏振光分束器21沿方向b出射。
其中消除熱退偏效應的過程主要集中在光學諧振腔內，具體地，在光學諧振腔中， 如圖4所示，具有偏振方向1的激光進入第二旋光器觀，經過第二旋光器觀后，激光的偏振方向逆時針旋轉45度至偏振方向2 ；并以偏振方向2進入放大器四進行功率放大；經過放大器四放大后的激光進入第三旋光器210，經過第三旋光器210后，激光的偏振方向順時針旋轉45度至偏振方向3 (與偏振方向1重合)；然后激光被第二全反鏡211反射后再次進入第三旋光器210，經過第三旋光器210后，激光的偏振方向再次順時針旋轉45度至偏振方向4 ；然后激光保持偏振方向4第二次進入放大器四，經過放大器四進行功率放大后，激光進入第二旋光器2，經過第二旋光器2后，激光的偏振方向再次逆時針旋轉45度至偏振方向5 (與偏振方向1重合)。
由圖4可以看出，偏振方向5與偏振方向1為一致的偏振方向，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與第二次從第三旋光器210出射的偏振方向正交，由此，正交偏振的激光通過交換徑向和切向偏振分量來補償激光放大器中工作介質產生的熱退偏，進而可以使進入和出射再生激光放大器200的激光的偏振態(tài)保持不變，有效地消除激光放大器中工作介質的熱退偏現象。
可以理解的是，當第二旋光器觀為順時針法拉第旋光器，第三旋光器210為逆時針法拉第旋光器時，其工作原理與第二實施方式的再生激光放大器200工作原理相似，激光的偏振方向將會按照與圖4所示的變化相反的變化規(guī)律變化，在此不再贅述。
在上述實施例中，僅對本發(fā)明進行了示范性描述，但是本領域技術人員在閱讀本專利申請后可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下對本發(fā)明進行各種修改。
權利要求
1.一種再生激光放大器，其可消除熱退偏效應，所述再生激光放大器具有一個諧振腔， 所述諧振腔由兩個全反鏡構成，所述諧振腔內設置有一個放大器，所述放大器位于所述兩個全反鏡之間的光路中，其特征在于所述諧振腔內進一步設置有兩個旋光器，所述兩個旋光器分別設置于所述放大器的兩側且位于所述兩個全反鏡之間的光路中，每一所述旋光器均可使入射至其內的激光的偏振方向產生45度偏轉。
2.如權利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述再生激光放大器進一步包括一個第一偏振光分束器、一個半波片、一個第一旋光器、一個第二偏振光分束器、一個電光晶體及一個四分之一波片，所述兩個全反鏡包括一個第一全反鏡和一個第二全反鏡；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、所述電光晶體、所述四分之一波片和所述第一全反鏡沿第一方向依次順序設置，所述第二偏振光分束器、所述電光晶體及所述四分之一波片均位于所述第一全反鏡與所述第二全反鏡之間的光路中；所述第二全反鏡設置于與所述第一方向垂直的第二方向，且與所述第二偏振光分束器相對；所述放大器及其兩側的旋光器沿所述第二方向依次順序設置在所述第二偏振光分束器和所述第二全反鏡之間。
3.如權利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述兩個旋光器均為法拉第旋光器。
4.如權利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述兩個旋光器均為逆時針旋光器，或者均為順時針旋光器，或者其中之一為順時針旋光器、另一旋光器為逆時針旋光器。
5.如權利要求2所述的再生激光放大器，其特征在于，所述第一旋光器為法拉第旋光器，可使入射至其內的激光的偏振方向產生45度偏轉。
6.如權利要求2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為直線方向。
7.如權利要求1所述的再生激光放大器，其特征在于，所述放大器為激光多程放大器。
全文摘要
一種再生激光放大器，其可消除熱退偏效應，所述再生激光放大器具有一個諧振腔，所述諧振腔由兩個全反鏡構成，所述諧振腔內設置有一個放大器，所述放大器位于所述兩個全反鏡之間的光路中。所述諧振腔內進一步設置有兩個旋光器，所述兩個旋光器分別設置于所述放大器的兩側且位于所述兩個全反鏡之間的光路中，每一所述旋光器均可使入射至其內的激光的偏振方向產生45度偏轉。所述再生激光放大器可以使進入和輸出其中的激光的偏振態(tài)保持不變，消除激光放大器中工作介質的熱退偏效應，提高激光器的質量。
文檔編號H01S3/086GK102545001SQ201110245038
公開日2012年7月4日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權日2011年8月25日
發(fā)明者唐熊忻, 樊仲維, 連富強, 邱基斯 申請人:北京國科世紀激光技術有限公司