一種基于電光晶體的脈沖激光合束裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高功率激光器領(lǐng)域，具體涉及一種基于電光晶體的脈沖激光合束裝置及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，高功率激光具有越來越廣泛的應(yīng)用，深刻地影響了多個(gè)行業(yè)的發(fā)展。按工作方式劃分高功率激光主要分為高峰值功率激光(即高能脈沖激光)和高平均功率激光。
[0003]對(duì)于高能脈沖激光，在多種應(yīng)用領(lǐng)域要求激光具有一定的重復(fù)頻率。然而直接提高高能脈沖激光器運(yùn)行的重復(fù)頻率，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的熱效應(yīng)，從而影響激光器的性能，甚至導(dǎo)致激光器輸出脈沖能量下降或者不能工作。對(duì)于高平均功率激光，應(yīng)用需求對(duì)激光輸出功率不斷提出更高要求，而單路激光功率提升有限，難以實(shí)現(xiàn)較高的平均輸出功率。
[0004]因此，無論是對(duì)于高能脈沖激光還是對(duì)于高平均功率激光，提高脈沖激光的重復(fù)頻率都是亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明人認(rèn)為應(yīng)該通過脈沖激光合束解決該問題，對(duì)于高能脈沖激光，時(shí)序合束能夠提高激光脈沖輸出的重復(fù)頻率，對(duì)于高平均功率激光，時(shí)序合束能夠提高輸出激光的平均功率。本發(fā)明提供一種基于電光晶體的脈沖激光合束裝置及其方法，本發(fā)明巧妙利用電光晶體、電光晶體驅(qū)動(dòng)電路、偏振合束器、同步機(jī)和脈沖激光的特點(diǎn)，將多路脈沖激光合束成一路激光，在不降低脈沖能量的前提下提高脈沖激光輸出的重復(fù)頻率和平均功率。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]—種基于電光晶體的脈沖激光合束裝置，包括:
[0008]2n個(gè)激光器，分別為第一激光器、第二激光器.??第2 n激光器，其中η為多2的正整數(shù)；
[0009]η個(gè)偏振合束器，分別為第一偏振合束器、第二偏振合束器.??第η偏振合束器；
[0010]η個(gè)電光晶體，分別為第一電光晶體、第二電光晶體.??第η電光晶體；
[0011]η個(gè)電光晶體驅(qū)動(dòng)電路，分別為第一電光晶體驅(qū)動(dòng)電路、第二電光晶體驅(qū)動(dòng)電路..?第η電光晶體驅(qū)動(dòng)電路，每一個(gè)所述電光晶體驅(qū)動(dòng)電路均與一個(gè)所述電光晶體連接;
[0012]同步機(jī)，與所述激光器和電光晶體驅(qū)動(dòng)電路相連接；
[0013]所述激光器的輸出口朝向所述偏振合束器，所述偏振合束器和電光晶體沿脈沖激光傳播方向依次排列為:第一偏振合束器、第一電光晶體、第二偏振合束器、第二電光晶體..?第η偏振合束器、第η電光晶體。
[0014]進(jìn)一步，所述第一偏振合束器包括2m個(gè)分偏振合束器，m為正整數(shù)，所述分雙偏振合束器排列為一條直線，所述分偏振合束器對(duì)稱排列。
[0015]進(jìn)一步，所述第一電光晶體包括2m個(gè)分電光晶體，所述第一電光晶體驅(qū)動(dòng)電路包括2m個(gè)分電光晶體驅(qū)動(dòng)電路，每一個(gè)所述分電光晶體均與一個(gè)所述分電光晶體驅(qū)動(dòng)電路連接，所述分電光晶體驅(qū)動(dòng)電路均與所述同步機(jī)連接。
[0016]進(jìn)一步，所述偏振合束器為雙折射晶體、薄膜偏振片、偏振合束片或玻璃堆。
[0017]另，本發(fā)明還提供一種利用如上述的脈沖激光合束裝置的合束方法，包括以下步驟:
[0018](1)脈沖時(shí)序相互錯(cuò)開的2。束脈沖激光分別垂直入射到第一偏振合束器，其中2n 1束脈沖激光為尋常光，2n 1束脈沖激光為非尋常光，通過第一偏振合束器合束后，得到2n 1束第一同光路激光，η為多2的正整數(shù)；
[0019](2) 2η1束第一同光路激光在不同時(shí)刻分別透射過第一電光晶體，將其中2 η 2束第一同光路激光偏轉(zhuǎn)為尋常光，其余第一同光路激光偏轉(zhuǎn)為非尋常光，得到2η 1束第一合束激光;
[0020](3)將所述第一合束激光重復(fù)進(jìn)行步驟(1)和步驟(2)，直至得到1束第η同光路激光；
[0021](4)所述第η同光路激光透射過第η電光晶體，將第η同光路激光偏轉(zhuǎn)為偏振狀態(tài)相同的激光，得到最終合束激光。
[0022]進(jìn)一步，所述步驟(1)中，所述脈沖時(shí)序相互錯(cuò)開為所述第一激光器至第η激光器均由同步機(jī)控制，使由第一激光器輸出的第一脈沖激光、第二激光器輸出的第二脈沖激光、..?和第η激光器輸出的第η脈沖激光的脈沖在時(shí)間順序上相互錯(cuò)開。
[0023]進(jìn)一步，所述步驟(2)中，所述偏轉(zhuǎn)為所述第一同光路激光通過第一電光晶體時(shí)，第一電光晶體驅(qū)動(dòng)電路向第一電光晶體間斷的加載半波電壓，使同一束第一同光路激光只有一種偏振狀態(tài)。
[0024]進(jìn)一步，所述步驟(4)中，所述偏轉(zhuǎn)為所述第η同光路激光通過第η電光晶體時(shí)，第η電光晶體驅(qū)動(dòng)電路向第η電光晶體間斷的加載半波電壓，使第η同光路激光只有一種偏振狀態(tài)。
[0025]本發(fā)明的有益效果如下:
[0026](1)將電光晶體、電光晶體驅(qū)動(dòng)電路、激光器與同步機(jī)相結(jié)合，將偏振合束器的性質(zhì)、電光晶體的性質(zhì)和脈沖激光的特點(diǎn)相互配合，將多路脈沖激光合束成一路激光，在不降低脈沖能量的前提下提高脈沖激光輸出的重復(fù)頻率和平均功率；
[0027](2)通過同步機(jī)對(duì)多路脈沖激光時(shí)序上的控制，可以得到脈沖間隔時(shí)間相同或不同的合束脈沖激光；
[0028](3)采用多個(gè)激光器、偏振合束器、電光晶體和電光晶體驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)合束裝置的串聯(lián)，達(dá)到多級(jí)合束的目的；
[0029](4)偏振合束器采用多個(gè)分偏振合束器，電光晶體采用多個(gè)分電光晶體，便于激光器的二維空間排布，大大減小偏振合束器的厚度和單個(gè)面積，減小電光晶體的單個(gè)面積，降低成本；
[0030](5)激光器輸出的脈沖激光可以為重復(fù)運(yùn)行的脈沖，也可以是單次脈沖，可以具有不同的脈沖形狀、脈沖寬度、波長、光譜寬度、啁啾特性、幅度等特性。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一的合束裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為本發(fā)明合束前后的脈沖激光形狀圖；
[0033]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二的合束裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖中一第一雙折射晶體，12—第二雙折射晶體，13—第二雙折射晶體，21—第一電光晶體，22一第二電光晶體，23一第二電光晶體，31 一第一聲光晶體驅(qū)動(dòng)電路，32一第二聲光晶體驅(qū)動(dòng)電路，33一第二聲光晶體驅(qū)動(dòng)電路，41 一第一激光器，42一第二激光器，43一第三激光器，44一第四激光器，45一第五激光器，46一第六激光器，47一第七激光器，48一第八激光器，5一同步機(jī)，411 一第一脈沖激光，421—第二脈沖激光，431—第二脈沖激光，441 一第四脈沖激光，6—最終合束激光。
【具體實(shí)施方式】
[0035]為了使本領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其它類同實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0036]實(shí)施例一:
[0037]如圖1所示，一種基于電光晶體的脈沖激光合束裝置，沿脈沖激光傳播方向依次包括:第一雙折射晶體11、第一電光晶體21、第二雙折射晶體12和第二電光晶體22，所述第一電光晶體21的光軸垂直于第一雙折射晶體11的光軸與所述第一入射面法線所組成的平面，所述第一入射面為脈沖激光入射的第一雙折射晶體11的一表面，所述第二電光晶體22的光軸垂直于第二雙折射晶體12的光軸與第二入射面法線所組成的平面，所述第二入射面為平行于所述第一入射面的第二雙折射晶體12 —表面。本實(shí)施例中的雙折射晶體還可以為薄膜偏振片、偏振合束片、玻璃堆或其他偏振合束器。合束裝置還包括第一電光晶體驅(qū)動(dòng)電路31、第二電光晶體驅(qū)動(dòng)電路32、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44，第一電光晶體驅(qū)動(dòng)電路31與所述第一電光晶體11連接，第二電光晶體驅(qū)動(dòng)電路32與所述第二電光晶體12連接，所述第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44的激光輸出口均垂直于所述第一雙折射晶體11的第一入射面；所述第三激光器43與第一激光器41的距離為山.tan α，山為所述第一雙折射晶體11的厚度，α為所述第一雙折射晶體11對(duì)第三激光器43輸出的第三脈沖激光431的折射角，所訴第三激光器43輸出的第三脈沖激光431為非尋常光，所述第一激光器41輸出的第一脈沖激光411為尋常光，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)雙折射晶體的性質(zhì)，即可確定第三激光器43和第一激光器41的位置；所述第四激光器44與第二激光器42的距離為山.tan β，β為所述第一雙折射晶體11對(duì)第四激光器44輸出的第四脈沖激光441的折射角，所訴第四激光器44輸出的第四脈沖激光441為非尋常光，所述第二激光器42輸出的第二脈沖激光421為尋常光，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)雙折射晶體的性質(zhì)，即可確定第四激光器44和第二激光器42的位置；所述第一激光器41與所述第二激光器42的距離為d2.tan Θ，(12為所述第二雙折射晶體12的厚度，Θ為所述第二雙折射晶體12對(duì)第二合束激光的折射角，所述第二合束激光為所述第四脈沖激光與第二激光器42輸出的第二脈沖激光合束后所得，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)雙折射晶體的性質(zhì)，即可確定第一激光器41和第二激光器42的位置。
[0038]合束裝置還包括同步機(jī)5，分別與所述第一電光晶體驅(qū)動(dòng)電路31、第二電光晶體驅(qū)動(dòng)電路32、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44連接。本發(fā)明將電光晶體、電光晶體驅(qū)動(dòng)電路、激光器與同步機(jī)5相結(jié)合，將雙折射晶體的性質(zhì)、電光晶體的性質(zhì)和脈沖激光的特點(diǎn)相配合，將多路脈沖激光合束成一路激光，在不降低脈沖能量的前提下提高脈沖激光輸出的重復(fù)頻率和平均功