CN102570264A - 提高灯泵激光放大器工作频率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高灯泵激光放大器工作频率的装置及方法，包括若干个灯泵激光放大器，能透射或反射不同偏振光的偏振片和在偏振片前的光路中移进或移出的转子，转子提供给偏振片反射或透射时所需偏振态的光，偏振片通过透射或反射使激光依次进入多个灯泵激光放大器来提高工作频率，该装置及方法无需像传统方法那样通过复杂的机械设计和笨重的转轮式装置来移动灯泵激光放大器，因此简化了机械设计和减少了机械装置，其整体装置所占空间小，由于减少了机械材料的使用，成本也降低了。

Description

提高灯泵激光放大器工作频率的装置及方法

技术领域

本发明涉及激光放大器领域，尤其涉及提高灯泵激光放大器工作频率的装置。

背景技术

灯泵激光放大器不能在重频下工作，即工作一次后，需等待一定时间才能再进行工作，其工作频率较小，在实际使用中，工作频率小于使用频率，因此需要提高灯泵激光放大器工作频率，提高灯泵激光放大器工作频率的一种方法就是组合多个灯泵激光放大器轮流使用，例如，若单个灯泵激光放大器的工作频率为1/20min^-1，即每工作一次需等待20分钟，通过组合4个灯泵激光放大器使其按顺序依次处于工作状态，则工作频率提高1/5min^-1，只需等待5分钟便可以使灯泵激光放大器工作一次。传统的方法通过将多个灯泵激光放大器放置在一个转轮式装置上，通过该装置旋转轴的转动使各个灯泵激光放大器依次处于工作位置。由于灯泵激光放大器体积大、质量重，而且为了配合实际使用频率的需要，传统方法需要复杂的机械设计和笨重的转轮式装置，其整体装置所占空间大，而且成本高，不利于操作。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种所占空间小，机械设计简单的提高灯泵激光放大器工作频率的装置。

为了达到上述目的，本发明提出一种提高灯泵激光放大器工作频率的装置，包括：若干个灯泵激光放大器，通过使激光依次进入多个灯泵激光放大器轮流使用使其相对于单个灯泵激光放大器提高了工作频率；还包括：偏振片，偏振片透射或反射不同的偏振光，从而使激光射向灯泵激光放大器或其它光关联的偏振片；转子，转子在偏振片前的光路中移进或移出，当转子移进光路时，输入光的偏振态被转换，通过转子的移进或移出使入射到每个偏振片上的激光具有被偏振片反射或透射所需的偏振态，从而被偏振片反射或透射。

优先的，所述装置包括四个灯泵激光放大器，四个偏振片和四个转子，其中：第一转子，第一转子使入射到第一偏振片上的激光具有被第一偏振片反射或透射所需的偏振态；第一偏振片，第一偏振片反射或透射使激光射向第一灯泵激光放大器或第二偏振片；第一灯泵激光放大器。第二转子，第二转子使入射到第二偏振片上的激光具有被第二偏振片反射或透射所需的偏振态；第二偏振片，第二偏振片反射或透射使激光射向第二灯泵激光放大器或第三偏振片；第二灯泵激光放大器。第三转子，第三转子使入射到第三偏振片上的激光具有被第三偏振片反射或透射所需的偏振态；第三偏振片，第三偏振片反射或透射使激光射向第三灯泵激光放大器或第四偏振片；第三灯泵激光放大器。第四转子，第四转子使入射到第四偏振片上的激光具有被第四偏振片反射或透射所需的偏振态；第四偏振片，第四偏振片反射或透射使激光射向第四灯泵激光放大器；第四灯泵激光放大器。

优先的，所述装置的四个灯泵激光放大器平行放置，四个偏振片平行放置且与灯泵激光放大器的光轴为固定角度。

优先的，所述装置还包括使经过灯泵激光放大器工作完成后的输出光从固定出口射出的后偏振片和后转子，其中：后偏振片，后偏振片透射或反射偏振态不同的输出光，从而使激光射向固定出口或其它光关联的后偏振片；后转子，后转子在后偏振片前的光路中移进或移出，当后转子移进光路时，输出光的偏振态被转换，通过后转子的移进或移出使入射到每个后偏振片上的激光具有被后偏振片反射或透射所需的偏振态，从而被后偏振片反射或透射。

优先的，所述装置的转子或后转子将偏振光旋转90°，使激光在水平偏振态和垂直偏振态之间转换。

优先的，所述装置的后偏振片与后偏振片平行放置，后偏振片与灯泵激光放大器的光轴以固定角度相交。

本发明提出一种提高灯泵激光放大器工作频率的方法，通过使激光依次进入多个灯泵激光放大器轮流使用使其相对于单个灯泵激光放大器提高工作频率，包括以下步骤：在灯泵激光放大器前的空间内设置偏振片和在偏振片前的光路中移进或移出的转子；移动转子使入射到每个偏振片上的激光具有被偏振片反射或透射所需的偏振态；利用偏振片透射或反射偏振态不同的偏振光使激光依次进入多个灯泵激光放大器工作。

优先的，所述方法还包括在激光进入灯泵激光放大器工作完成之后，使激光从固定出口射出的以下步骤：在灯泵激光放大器前的空间内设置后偏振片和在后偏振片前的光路中移进或移出的后转子；移动后转子使入射到每个后偏振片上的激光具有被后偏振片反射或透射所需的偏振态；利用后偏振片透射或反射不同的偏振光使输出光从固定出口射出。

本发明提出的提高灯泵激光放大器工作频率的装置及方法，通过偏振片与转子的配合来对光路进行控制使激光依次进入灯泵激光放大器，无需像传统方法那样通过复杂的机械设计和笨重的转轮式装置来移动灯泵激光放大器，因此简化了机械设计和减少了机械装置，其整体装置所占空间小，由于减少了机械材料的使用，成本也降低了。

附图说明

图1是本发明实施例所述装置结构示意图。

图2是本发明实施例提高灯泵激光放大器工作频率的方法流程示意图。

图3是本发明实施例所述装置使输出光从固定出口射出的流程示意图。

图4是本发明实施例所述装置第一次工作时结构及光路示意图。

图5是本发明实施例所述装置第二次工作时结构及光路示意图。

图6是本发明实施例所述装置第三次工作时结构及光路示意图。

图7是本发明实施例所述装置第四次工作时结构及光路示意图。

为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。

具体实施方式

本发明实施例解决方案主要是通过在若干个灯泵激光放大器前的光路中设置能透射或反射不同偏振光的偏振片和在偏振片前的光路中移进或移出的转子，通过转子的移动使入射到每个偏振片上的激光具有被偏振片反射或透射所需的偏振态，从而被偏振片反射或透射使激光依次进入多个灯泵激光放大器。

如图1所示，本发明一实施例包括四个平行放置的灯泵激光放大器，四个平行放置且与灯泵激光放大器的光轴为固定角度的偏振片和四个转子，其中：

第一转子31，第一转子31使入射到第一偏振片21上的激光具有被第一偏振片21反射所需的垂直偏振态或透射所需的水平偏振态；第一偏振片21，第一偏振片21透射使激光射向第一灯泵激光放大器11或反射使激光射向第二偏振片22；第一灯泵激光放大器11。

第二转子32，第二转子32使入射到第二偏振片22上的激光具有被第二偏振片22反射所需的垂直偏振态或透射所需的水平偏振态；第二偏振片22，第二偏振片22反射使激光射向第二灯泵激光放大器12或透射使激光射向第三偏振片23；第二灯泵激光放大器12。

第三转子33，第三转子33使入射到第三偏振片23上的激光具有被第三偏振片23反射所需的垂直偏振态或透射所需的水平偏振态；第三偏振片23，第三偏振片23反射使激光射向第三灯泵激光放大器13或透射使激光射向第四偏振片24；第三灯泵激光放大器13。

第四转子34，第四转子34使入射到第四偏振片24上的激光具有被第四偏振片24反射所需的垂直偏振态；第四偏振片24，第四偏振片24反射使激光射向第四灯泵激光放大器14；第四灯泵激光放大器14。

其中，第一偏振片21、第二偏振片22、第三偏振片23和第四偏振片24能透射水平偏振光和反射垂直偏振光，第一转子31、第二转子32、第三转子33和第四转子34能将偏振光旋转90°，使激光在水平偏振态和垂直偏振态之间转换，激光每通过第一转子31或第二转子32或第三转子33或第四转子34一次，偏振态便从水平偏振态转换为垂直偏振态或从垂直偏振态转换为水平偏振态，若通过二次，则其偏振态与原偏振态相同。

如图1所示，该装置还包括使经过灯泵激光放大器工作完成后的输出光从固定出口射出的四个平行放置的后偏振片和五个后转子，后偏振片与灯泵激光放大器的光轴以固定角度相交，其中：

第一后转子41，第一后转子41使经过第一灯泵激光放大器11工作完毕入射到第一后偏振片51上的激光具有被第一后偏振片51反射所需的垂直偏振态；第一后偏振片51，第一后偏振片51反射垂直偏振态的输出光，使激光射向光关联的第二后偏振片52。

第二后转子42，第二后转子42使入射到第二后偏振片52上的激光具有被第二后偏振片52透射所需的水平偏振态；第二后偏振片52，第二后偏振片52反射经过第二灯泵激光放大器12工作完毕的垂直偏振态的输出光或透射经过第一后偏振片51反射的激光，使激光射向光关联的第三后偏振片53。

第三后转子43，第三后转子43使入射到第三后偏振片53上的激光具有被第三后偏振片53透射所需的水平偏振态；第三后偏振片53，第三后偏振片53反射经过第三灯泵激光放大器13工作完毕的垂直偏振态的输出光或透射经第二后偏振片52反射的激光，使光射向光关联的第四后偏振片54。

第四后转子44，第四后转子44使入射到第四后偏振片54上的激光具有被第四后偏振片54反射所需的垂直偏振态；第五后转子45，第五后转子45使经过第四灯泵激光放大器14工作完毕入射到第四后偏振片54上的激光具有被第四后偏振片54透射所需的水平偏振态；第四后偏振片54，第四后偏振片54透射经过第四灯泵激光放大器14工作完毕的水平偏振态的输出光或反射经过第三后偏振片53反射的激光，使光从固定出口射出。

同样的，第一后偏振片51、第二后偏振片52、第三后偏振片53和第四后偏振片54也能透射水平偏振光和反射垂直偏振光，第一后转子41、第二后转子42、第三后转子43、第四后转子44和第五后转子45也能将偏振光旋转90°，使激光在水平偏振态和垂直偏振态之间转换，通过后转子与后偏振片的配合可以使激光依次从同一出口射出。

在本实施例中，通过使用不同的偏振片与后偏振片或不同的偏振片与后偏振片使用方法，也可使偏振片和后偏振片透射垂直偏振光和反射水平偏振光。

如图2所示，本实施例的一种提高灯泵激光放大器工作频率的方法是通过使激光依次进入多个灯泵激光放大器轮流使用使其相对于单个灯泵激光放大器提高工作频率，包括的步骤为：

步骤S1：在灯泵激光放大器前的空间内设置偏振片和在偏振片前的光路中移进或移出的转子；

步骤S2：移动转子使入射到每个偏振片上的激光具有被偏振片反射或透射所需的偏振态；

步骤S3：利用偏振片透射或反射不同的偏振光使激光依次进入多个灯泵激光放大器。

结合图1所述装置对以上方法中步骤S2和步骤S3进行具体展开说明，其工作流程如下：

步骤1：移动第一转子31使入射到第一偏振片21上的激光具有被第一偏振片21透射所需的偏振态；

步骤2：第一偏振片21透射使激光射向第一灯泵激光放大器11，完成第一次工作；

步骤3：移动第一转子31使入射到第一偏振片21上的激光具有被第一偏振片21反射所需的偏振态。

步骤4：第一偏振片21反射将激光射向光关联的第二偏振片22；

步骤：5：移动第二转子32使入射到第二偏振片22上的激光具有被第二偏振片22反射所需的偏振态；

步骤6：第二偏振片22反射使激光射向第二灯泵激光放大器12，完成第二次工作；

步骤7：重复步骤3-4，然后移动第二转子32使入射到第二偏振片22上的激光具有被第二偏振片22透射所需的偏振态；

步骤8：第二偏振片22透射将激光射向光关联的第三偏振片23；

步骤：9：移动第三转子33使入射到第三偏振片23上的激光具有被第三偏振片23反射所需的偏振态；

步骤10：第三偏振片23反射使激光射向第三灯泵激光放大器13，完成第三次工作；

步骤11：重复步骤7-8，然后移动第三转子33使入射到第三偏振片23上的激光具有被第三偏振片23透射所需的偏振态；

步骤12：第三偏振片23透射将激光射向光关联的第四偏振片24；

步骤：13：移动第四转子34使入射到第四偏振片24上的激光具有被第四偏振片24反射所需的偏振态；

步骤14：第四偏振片24反射使激光射向第四灯泵激光放大器14，完成第四次工作；

重复步骤1，如此循环。

如图3所示，在激光进入每个灯泵激光放大器工作完成之后，还包括使激光从固定出口射出的以下步骤：

步骤S4：在灯泵激光放大器前的空间内设置后偏振片和在后偏振片前的光路中移进或移出的后转子；

步骤S5：移动后转子使入射到每个后偏振片上的激光具有被后偏振片反射或透射所需的偏振态；

步骤S6：利用后偏振片透射或反射不同的偏振光使输出光从固定出口射出。

结合图1所述装置可对以上方法中步骤S5和步骤S6具体展开说明，其工作流程与上文对图2中步骤S2和步骤S3的具体展开说明相似，也可参见下文中的内容，此处不再重复描述。

下面结合本实施例所述包含偏振片、后偏振片、转子、后转子的装置就每次工作时具体分别说明。

如图4所示，在装置第一次工作时，激光从a处进入为水平偏振态，此时第一转子31在光路外，激光从第一偏振片21透射，进入第一灯泵激光放大器11，此时第一后转子41位于光路中，激光变为垂直偏振态，经第一后偏振片51后反射，此时第二后转子42位于光路中，激光变为水平偏振态，经第二后偏振片52透射，第三后转子43在光路外，激光经第三后偏振片53透射，第四后转子44位于光路中，激光变成垂直偏振态，经第四后偏振片54反射，从b处射出。

如图5所示，在装置第二次工作时，激光从a处进入为水平偏振态，此时第一转子31在光路中，激光变成垂直偏振态，经第一偏振片21反射，而不进入第一灯泵激光放大器11，此时第二转子32位于光路外，激光仍为垂直偏振态，经过第二偏振片22后反射，从而进入第二灯泵激光放大器12工作，工作完成之后，经第二后偏振片52反射，第三后转子43位于光路中，激光变成水平偏振态，激光经第三后偏振片53透射，第四后转子44位于光路中，激光变成垂直偏振态，经第四后偏振片54反射，从b处射出。

如图6所示，在装置第三次工作时，激光从a处进入为水平偏振态，此时第一转子31在光路中，激光变成垂直偏振态，经第一偏振片21反射，而不进入第一灯泵激光放大器11，此时第二转子32位于光路中，激光变为水平偏振态，经第二偏振片22后透射，从而不进入第二灯泵激光放大器12，此时第三转子33位于光路中，激光变成垂直偏振态，垂直偏振光经第三偏振片23反射，进入第三灯泵激光放大器13，工作完成之后，经第三后偏振片53反射，第四后转子44在光路外，激光仍为垂直偏振态，经第四后偏振片54反射，从b处射出。

如图7所示，在装置第四次工作时，激光从a处进入为水平偏振态，此时第一转子31在光路中，激光变成垂直偏振态，经第一偏振片21反射，而不进入第一灯泵激光放大器11，此时第二转子32位于光路中，激光变为水平偏振态，经第二偏振片22后透射，从而不进入第二灯泵激光放大器12，此时第三转子33在光路外，激光仍为水平偏振态，经第三偏振片23透射，而不进入第三灯泵激光放大器13，此时第四转子34位于光路中，激光变为垂直偏振态，经第四偏振片24反射，从而进入第四灯泵激光放大器14，此时第五后转子45位于光路中，激光变为水平偏振态，经第四后偏振片54透射，从b处射出。

第五次工作时，重复第一次的工作，依次类推。

综上：

当满足第一转子31和第三后转子43在光路外且第一后转子41、第二后转子42和第四后转子44在光路中时，激光便从a处进入第一灯泵激光放大器11工作一次并从b处射出，见图4。

当满足第二转子32在光路外且第一转子31、第三后转子43和第四后转子44在光路中时，激光便从a处进入第二灯泵激光放大器12工作一次并从b处射出，见图5。

当满足第四后转子44在光路外且第一转子31、第二转子32、和第三转子33在光路中时，激光便从a处进入第三灯泵激光放大器13工作一次并从b处射出，见图6。

当满足第三转子33在光路外且第一转子31、第二转子32、第四转子34和第五后转子45在光路中时，激光便从a处进入第四灯泵激光放大器14工作一次并从b处射出，见图7。

本实施例中，激光在第一次、第二次、第三次和第四次需要进入灯泵激光放大器工作时，依次进入第一灯泵激光放大器11、第二灯泵激光放大器12、第三灯泵激光放大器13和第四灯泵激光放大器14，提高了工作频率，但并不局限于该顺序，如也可以使激光先进入第二灯泵激光放大器12或第三灯泵激光放大器13或第四灯泵激光放大器14，然后进入其他还未工作过的灯泵激光放大器，只要满足每个周期进入的四次灯泵激光放大器的顺序相同即可。

本实施例中转子和后转子可以是石英旋光片，还可以是其他如半波片，液晶偏振光旋转器等能旋转偏振光的物体，也可以是其他的等效方式，如通过45°转子两次等效通过90°转子一次，通过λ/4波片两次等效于通过半波片一次，只需要满足其能提供给偏振片和后偏振片所需偏振光即可，所有转子和后转子都安装在电动一维平台上，转子和后转子可以通过电动一维平台的控制在光路中移进或移出从而达到和偏振片一起来控制激光光路方向的作用。

如果想要继续提高该装置的工作频率，可继续在光路中并联灯泵激光放大器，并在灯泵激光放大器前增加相应的偏振片与转子来控制激光进入，还可以在每个灯泵激光放大器后串联一个灯泵激光放大器，使得在每次工作时，激光先后进入两个灯泵激光放大器，因此无论是在本发明实施例基本结构的光路中串联和/或并联新的灯泵激光放大器，都包含在本发明的保护范围中。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种提高灯泵激光放大器工作频率的装置，包括：

若干个灯泵激光放大器，通过使激光依次进入多个灯泵激光放大器轮流使用使其相对于单个灯泵激光放大器提高了工作频率；

其特征在于，还包括：

偏振片，偏振片透射或反射不同的偏振光，从而使激光射向灯泵激光放大器或其它光关联的偏振片；

转子，转子在偏振片前的光路中移进或移出，当转子移进光路时，输入光的偏振态被转换，通过转子的移进或移出使入射到每个偏振片上的激光具有被偏振片反射或透射所需的偏振态，从而被偏振片反射或透射。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包括四个灯泵激光放大器，四个偏振片和四个转子，其中：

第一转子，第一转子使入射到第一偏振片上的激光具有被第一偏振片反射或透射所需的偏振态；

第一偏振片，第一偏振片反射或透射使激光射向第一灯泵激光放大器或第二偏振片；

第一灯泵激光放大器；

第二转子，第二转子使入射到第二偏振片上的激光具有被第二偏振片反射或透射所需的偏振态；

第二偏振片，第二偏振片反射或透射使激光射向第二灯泵激光放大器或第三偏振片；

第二灯泵激光放大器；

第三转子，第三转子使入射到第三偏振片上的激光具有被第三偏振片反射或透射所需的偏振态；

第三偏振片，第三偏振片反射或透射使激光射向第三灯泵激光放大器或第四偏振片；

第三灯泵激光放大器；

第四转子，第四转子使入射到第四偏振片上的激光具有被第四偏振片反射或透射所需的偏振态；

第四偏振片，第四偏振片反射或透射使激光射向第四灯泵激光放大器；

第四灯泵激光放大器。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述四个灯泵激光放大器平行放置，四个偏振片平行放置且与灯泵激光放大器的光轴为固定角度。

4.如权利要求1或2或3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括使经过灯泵激光放大器工作完成后的输出光从固定出口射出的后偏振片和后转子，其中：

后偏振片，后偏振片透射或反射偏振态不同的输出光，从而使激光射向固定出口或其它光关联的后偏振片；

后转子，后转子在后偏振片前的光路中移进或移出，当后转子移进光路时，输出光的偏振态被转换，通过后转子的移进或移出使入射到每个后偏振片上的激光具有被后偏振片反射或透射所需的偏振态，从而被后偏振片反射或透射。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述转子或后转子将偏振光旋转90°，使激光在水平偏振态和垂直偏振态之间转换。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述后偏振片与后偏振片平行放置，后偏振片与灯泵激光放大器的光轴以固定角度相交。

7.一种提高灯泵激光放大器工作频率的方法，通过使激光依次进入多个灯泵激光放大器轮流使用使其相对于单个灯泵激光放大器提高工作频率，其特征在于，包括以下步骤：

在灯泵激光放大器前的空间内设置偏振片和在偏振片前的光路中移进或移出的转子；

移动转子使入射到每个偏振片上的激光具有被偏振片反射或透射所需的偏振态；

利用偏振片透射或反射偏振态不同的偏振光使激光依次进入多个灯泵激光放大器工作。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在激光进入灯泵激光放大器工作完成之后，还包括使激光从固定出口射出的以下步骤：

在灯泵激光放大器前的空间内设置后偏振片和在后偏振片前的光路中移进或移出的后转子；

移动后转子使入射到每个后偏振片上的激光具有被后偏振片反射或透射所需的偏振态；

利用后偏振片透射或反射不同的偏振光使输出光从固定出口射出。

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