CN102566075A

CN102566075A - 一种偏振旋转装置及激光器偏振合束方法与系统

Info

Publication number: CN102566075A
Application number: CN2011104283716A
Authority: CN
Inventors: 陈晓华; 刘玉凤
Original assignee: BWT Beijing Ltd
Current assignee: BWT Beijing Ltd
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-07-11
Also published as: CN202383362U

Abstract

本发明公开了一种偏振旋转装置及激光器偏振合束方法与系统，属于激光技术领域。本偏振旋转装置包括两反射镜，同一入射光在两反射镜中的入射面互相垂直。本系统包括具有相同偏振态的激光器组件1、2，一偏振旋转装置，一偏振合束器；激光器组件1输出端前方设有一使激光器组件1输出光束的光轴反射到所述偏振合束器一合束输入侧的偏振旋转装置，激光器组件2输出光束的光轴交于所述偏振合束器另一合束输入侧，在所述偏振合束器上两激光器组件光轴等高。本方法为：偏振合束器对激光器组件1、2输出的光束偏振合束后输出，其中，激光器组件1输出的光束经偏振旋转装置入射到偏振合束器。与现有技术相比，本发明具有结构体积更小，成本更低等优点。

Description

一种偏振旋转装置及激光器偏振合束方法与系统

技术领域

本发明提供了一种偏振旋转装置及激光器偏振合束方法与系统，利用该系统可以进行半导体激光器的偏振耦合，实现两路激光器的合并输出，属于激光技术领域。

背景技术

众所周知，半导体激光器因其体积小、光电转化效率高及寿命长等优点广泛应用于各个领域。尤其是高光束质量、高亮度的大功率半导体激光器，在固体激光抽运、材料加工、激光医疗、光纤激光器泵源等领域都有着广泛的应用和较大的发展前景。

目前，为实现大功率半导体激光器的输出，大多采用空间光束复合方式，利用反射镜、波长合束器和偏振合束器来实现光束的合并。偏振合束一般采用两种方式：一种是用于耦合的两路半导体激光器具有不同的偏振态，一为S态偏振光一为P态偏振光，两路光相互垂直入射到偏振合束器上；第二种方式是用于耦合的两路半导体激光器具有相同的偏振态，在其中一路激光器前放置半波片使其偏振态发生改变，将S态偏振光变成P态偏振光或将P态偏振光变成S态偏振光后入射到偏振合束器上。在第一种方法中，可以直接使用两种具有不同输出偏振态的半导体激光器，也可直接将其中一路半导体激光器旋转90度，使S态偏振光变成P态偏振光或P态偏振光变成S态偏振光，但是这样会增加整个系统的体积，当用于偏振合束的激光器组件为列阵或是模块时该问题尤其显著。在第二种方法中，使用半波片直接将其中一路激光器的偏振方向旋转90度，可以使用相同偏振态的半导体激光器组件，结构简单且系统体积小，但是半波片加工成本高，且其加工、安装精度会严重影响合束效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有合束方法中的缺陷，提供了一种更加简单合理的偏振旋转装置及激光器偏振合束方法与系统。

本发明的技术方案为：

一种偏振旋转装置，其特征在于包括两反射镜3、4，同一入射光在两反射镜3、4中的入射面相互垂直。

进一步的，所述反射镜为平面反射镜或反射棱镜的反射面。

一种激光器偏振合束系统，其特征在于包括两具有相同偏振态的激光器组件1、2，一偏振旋转装置，一偏振合束器；激光器组件1输出端前方设有一使激光器组件1输出光束的光轴反射到所述偏振合束器一合束输入侧的偏振旋转装置，激光器组件2输出光束的光轴交于所述偏振合束器另一合束输入侧，在所述偏振合束器上两激光器组件光轴等高；其中，所述偏振旋转装置包括两反射镜3、4，同一入射光在两反射镜3、4中的入射面互相垂直。

进一步的，所述激光器组件前端设有快轴准直透镜、或慢轴准直透镜、或快慢轴准直透镜。

进一步的，两所述激光器组件分别安装于热沉上；所述激光器组件为单管半导体激光器，或半导体激光器列阵，或是包含多个单管激光器或列阵的半导体激光器模块。

进一步的，所述偏振合束器为PBS棱镜、或格兰泰勒棱镜、或薄膜式平片、或天然双折射晶体。

进一步的，所述激光器组件2输出端前方设有一使激光器组件2输出光束的光轴反射到所述偏振合束器另一合束输入侧的反射镜，所述反射镜反射后的光轴高度与所述偏振旋转装置反射的光轴高度相等。

一种激光器偏振合束方法，其步骤为：

1)将一激光器组件1输出的光束经一偏振旋转装置进行偏振态的转换后垂直入射到偏振合束器的一合束输入侧，并调整所述偏振合束器，使该激光器组件的输出功率最大；

2)将一激光器组件2输出的光束入射到所述偏振合束器的另一合束输入侧，并调整该激光器组件的光束角度，使所述偏振合束器对两束输入光偏振合束输出功率最大；

其中，在所述偏振合束器上两激光器组件光轴等高；所述偏振旋转装置包括两反射镜3、4，同一入射光在两反射镜3、4中的入射面互相垂直。

进一步的，所述激光器组件2输出端前方设有一使激光器组件2输出光束的光轴反射到所述偏振合束器另一合束输入侧的反射镜5，调整该反射镜5使所述偏振合束器对两束输入光偏振合束输出功率最大。

本发明利用反射棱镜的像偏转特性来实现偏振态的改变。其原理如图1所示，采用两个反射镜(图中部件3，4)构成一组空间转像部件，即同一入射光在反射镜3、4中的入射面互相垂直，光束通过该部件传播的过程中，随着出射光轴的偏转，在与光轴垂直的平面内，像的方向会随之发生偏转。图1标示了光束传播过程中入射空间坐标系的偏转过程，给出了每一次反射后坐标轴的偏转状态。该结构大多用于成像系统的像面偏转。假定半导体激光器输出光束的偏振态为偏振方向与慢轴方向一致的线偏振光，也称为S态偏振光，并且半导体激光器经快慢轴准直后为一长条状光斑(第一反射镜的入射光斑7)，也就是说其线偏振方向与光斑的长条方向一致，经过两次反射后，半导体激光器的光束方向发生偏转，从水平长条状变成竖直长条状(第二反射镜的出射光斑8)，其偏振方向也随之旋转90度，从S态线偏振光变成P态线偏振光。

采用如图2所示的结构，两个相同波长相同偏振态的经预先准直的半导体激光器组件(图中部件1，2)垂直放置，且二者之间具有一定的高度差，低位半导体激光器组件1的S态偏振光通过由两个反射镜(图中部件3，4)构成的转像部件后以P偏振态入射到偏振合束器6上，高位半导体激光器组件2通过第三反射镜5折转后以S偏振态入射到偏振合束器6上，两束激光合并成一束输出。反射镜5对光路的折转可以有效减小整个系统的体积。

与现有方法相比，本发明的积极效果为：

本发明通过利用一组空间转像部件实现了激光束偏振态的转换，可以替换现有的半波片等昂贵器件，节约了成本；同时空间转像部件易于调整，从而使合束方法更加简单，易于实现，本发明具有结构体积更小，成本更低等优点。

附图说明

图1.偏振旋转装置的原理图；

(a)正视图，(b)侧视图；

图2.新型半导体激光器偏振合束系统的示意图；

图中：1.低位半导体激光器组件，2.高位半导体激光器组件，3.第一反射镜，4.第二反射镜，5.第三反射镜，6.偏振合束器，7.第一反射镜的入射光斑，8.第二反射镜的出射光斑。

具体实施方式

结合图2，对本发明方法做详细说明。

1.两相同偏振态经预先准直的半导体激光器组件(图中部件1，2)垂直放置，且二者之间具有一定的高度差(即：此高度差能够使部件5输出光轴的高度与部件4输出的光轴等高)，二者的输出光斑均为图1所示的S态线偏振光7。

2.低位半导体激光器组件1的S态偏振光通过由两个反射镜(图中部件3，4)构成的转像部件后以P偏振态8出射，调整两个反射镜的位置和角度，使得输出光轴的高度与高位半导体激光器2的光轴等高，且输出光束为完全的P态线偏振光。

3.在第二反射镜4的输出光路中放置偏振合束器6，调整光路使得偏振合束器6与第二反射镜4的输出光轴垂直且有最大的激光输出功率。

4.在高位半导体激光器2的输出光路中放置第三反射镜5，将输出光轴折转特定角度后入射到偏振合束器6上，调整第三反射镜5，使得两束光通过偏振合束器6合并成一束输出且具有最大的激光输出功率。

Claims

1.一种偏振旋转装置，其特征在于包括两反射镜(3)、(4)，同一入射光在反射镜(3)、(4)中的入射面互相垂直。

2.如权利要求1所述的偏振旋转装置，其特征在于所述反射镜为平面反射镜或反射棱镜的反射面。

3.一种激光器偏振合束系统，其特征在于包括两具有相同偏振态的激光器组件(1)、(2)，一偏振旋转装置，一偏振合束器；激光器组件(1)输出端前方设有一使激光器组件(1)输出光束的光轴反射到所述偏振合束器一合束输入侧的偏振旋转装置，激光器组件(2)输出光束的光轴交于所述偏振合束器另一合束输入侧，在所述偏振合束器上两激光器组件光轴等高；其中，所述偏振旋转装置包括两反射镜(3)、(4)，同一入射光在反射镜(3)、(4)中的入射面互相垂直。

4.如权利要求3所述的激光器偏振合束系统，其特征在于所述激光器组件前端设有快轴准直透镜、或慢轴准直透镜、或快慢轴准直透镜。

5.如权利要求3或4所述的激光器偏振合束系统，其特征在于两所述激光器组件分别安装于热沉上；所述激光器组件为单管半导体激光器，或半导体激光器列阵，或是包含多个单管激光器或列阵的半导体激光器模块。

6.如权利要求3所述的激光器偏振合束系统，其特征在于所述偏振合束器为PBS棱镜、或格兰泰勒棱镜、或薄膜式平片、或天然双折射晶体。

7.如权利要求3所述的激光器偏振合束系统，其特征在于所述激光器组件(2)输出端前方设有一使激光器组件(2)输出光束的光轴反射到所述偏振合束器另一合束输入侧的反射镜，所述反射镜反射后的光轴高度与所述偏振旋转装置反射的光轴高度相等。

8.一种激光器偏振合束方法，其步骤为：

1)将一激光器组件(1)输出的光束经一偏振旋转装置进行偏振态的转换后垂直入射到偏振合束器的一合束输入侧，并调整所述偏振合束器，使该激光器组件的输出功率最大；

2)将一激光器组件(2)输出的光束入射到所述偏振合束器的另一合束输入侧，并调整该激光器组件的光束角度，使所述偏振合束器对两束输入光偏振合束输出功率最大；其中，在所述偏振合束器上两激光器组件光轴等高；所述偏振旋转装置包括两反射镜(3)、(4)，同一入射光在反射镜(3)、(4)中的入射面相互垂直。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述激光器组件前端设有快轴准直透镜、或慢轴准直透镜、或快慢轴准直透镜。

10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于所述激光器组件(2)输出端前方设有一使激光器组件(2)输出光束的光轴反射到所述偏振合束器另一合束输入侧的反射镜(5)，调整该反射镜(5)使所述偏振合束器对两束输入光偏振合束输出功率最大。