CN103887696B - 输出切向偏振光束的激光器 - Google Patents

Abstract

一种输出切向偏振光束的激光器，构成包括单轴晶体圆锥反射镜、激光增益介质、平面输出耦合镜和泵浦源，所述的激光增益介质位于所述的单轴晶体圆锥反射镜的底面和平面输出耦合镜之间，所述的单轴晶体圆锥反射镜的顶角α=90°。本发明具有装置结构简单、系统稳定性好、激光效率高、输出功率高和光束质量好的特点。

Description

输出切向偏振光束的激光器

技术领域

本发明涉及激光器，尤其涉及一种输出切向偏振光束的激光器。

背景技术

柱状偏振光束因其所具有的一系列独特的性质，近年来吸引了人们越来越多的关注。柱状偏振光束是一种矢量偏振光束，其偏振态和光强都呈轴对称分布。柱状偏振光束经过高数值孔径透镜聚焦后具有更小的光斑尺寸，而且焦点附近具有很强的电场梯度，因而可以应用于高分辨率成像、激光光摄、生物医学、电子加速等领域。另外相较于传统的线偏振光或圆偏振光，金属材料对柱状偏振光束具有更大的吸收系数，而且柱状偏振光束切割面更加整齐，因而柱状偏振光束在材料加工领域也有着广泛的应用前景。径向偏振光束（radial polarized beam）和切向偏振光束（azimuthally polarized beam）是两种最常用的柱状偏振光束。径向偏振光束中各点的偏振方向沿径向分布，切向偏振光束中各点偏振方向沿切向（垂直于半径方向）分布。授权公告号为CN102289081B的中国发明专利申请公开了一种通过腔外干涉叠加法产生切向偏振光束的装置。目前腔外转换的方法有很多种，但腔外转换普遍存在着转换后光束质量较差、装置结构复杂、转换效率较低等缺陷。授权公告号为CN101465512B的中国发明专利申请公开了一种利用Nd:YAG晶体中的热致双折射效应，采取特殊非对称的谐振腔设计抑制其中一种偏振光的起振，实现径向偏振或切向偏振激光输出。但这种基于晶体热效应选模的激光谐振腔稳定性不高，且只能在特定的功率区间内实现选模，激光的输出功率会受到很大的限制。

发明内容

本发明旨在克服上述技术的不足，提供一种输出切向偏振的激光器。该激光器具有装置结构简单、系统稳定性好、激光效率高、输出功率高和光束质量好的特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种输出切向偏振光束的激光器，特点在于其构成包括单轴晶体圆锥反射镜、激光增益介质、平面输出耦合镜和泵浦源，所述的激光增益介质位于所述的单轴晶体圆锥反射镜的底面和平面输出耦合镜之间，所述的单轴晶体圆锥反射镜的顶角α=90°。

所述的用于制作单轴晶体圆锥反射镜的材料是正单轴晶体或负单轴晶体。

所述的激光增益介质为气体激光介质、激光晶体、激光陶瓷、纤芯掺有稀土激活粒子的单包层光纤或双包层光纤。

所述的平面输出耦合镜为部分反射部分透射的平面镜。

所述的泵浦源为灯泵浦源、激光泵浦源、电泵浦源或半导体激光器泵浦源。

本发明原理如下：

当一束单色光从单轴晶体内部入射到单轴晶体与空气分界面上时的会产生两束线偏振光反射光，而且这两束反射光的振动方向相互垂直，这就是单轴晶体中的双反射现象。这两束偏振方向相互垂直的线偏振反射光就是o光（寻常光）和e光（异常光），o光在单轴晶体中的传播路径与在各向同性介质（比如玻璃）一致，e光的传播路径则会发生偏折。对于主轴折射率n_o>1.414的单轴晶体材料加工成的顶角α=90°圆锥反射镜，垂直于圆锥反射镜底面入射的光会被分解成o光和e光，其对o光的全反射临界角小于45度，o光经过圆锥分界面会发生两次全反射而平行于入射光方向返回，而e光可能不满足全反射的临界角或全反射后的出射方向不能与入射方向保持平行。因此，对于单轴晶体材料做成的圆锥反射镜和平面输出耦合镜构成的激光谐振腔，e光会被损耗掉，而o光则可以形成激光振荡，从而可以实现切向偏振的激光输出。

本发明具有以下优点：

1、本激光器对增益介质无特殊的要求。既可以做成气体激光器，也可以做成固体或光纤激光器。

2、本激光器中，单轴晶体圆锥反射镜与平面输出耦合镜构成的谐振腔可以等效成平平腔结构，可以实现高光束质量的激光输出。

3、在本激光器中，腔内、腔外都未引入其他额外的选模元件、结构简单紧凑、可实现性强、工作效率高。

4、在本激光器中可以方便地引入调Q或锁模元件，实现高峰值功率脉冲运转。

附图说明

图1为本发明的输出切向偏振光束的激光器的示意图。

图2为负单轴晶体圆锥反射镜的双反射示意图。

图3为切向偏振光束的偏振分布示意图，其中箭头标示为偏振方向。

具体实施方式

如图1所示，本发明输出切向偏振光束的激光器，构成包括单轴晶体圆锥反射镜1、激光增益介质2、平面输出耦合镜3和泵浦源4，所述的激光增益介质2位于所述的单轴晶体圆锥反射镜1的底面和平面输出耦合镜3之间，所述的单轴晶体圆锥反射镜1的顶角α=90°。

腔内箭头标识激光腔的谐振回路，平面输出耦合镜3右侧箭头标识激光器输出切向偏振激光光束方向。

所述的单轴晶体圆锥反射镜1是本发明的关键器件，用于将o光和e光分离。所述的单轴晶体圆锥反射镜的顶角α=90°。在画单轴晶体圆锥反射镜的工作原理示意图（图2）时，将晶体材料选为负单轴晶体，光轴取在了垂直于圆锥反射镜底面的方向。需要指出，这样的做这是为了画图的方便，本发明中单轴晶体圆锥反射镜的制作材料既可以是负单轴晶体也可以是正单轴晶体，而且对光轴的取向也无特别的要求。

所述的单轴晶体圆锥反射镜1可以由任意的透明单轴晶体材料制成，比如方解石、石英、钒酸钇（YVO₄）等透明单轴晶体。

所述的激光增益介质2可以是气体激光介质、激光晶体、激光陶瓷、纤芯掺有稀土激活粒子的单包层或双包层光纤。

所述的平面输出耦合镜3为部分反射部分透射的平面镜，用于将产生的切向偏振光部分的耦合输出，其反射率可以根据激光器的输出要求进行镀膜设计。

所述的泵浦源4为激光器提供能量使增益介质2激发跃迁形成激光。所述的泵浦源可以有多种实现形式，比如灯泵浦，激光泵浦，电泵浦，半导体激光器泵浦等。

Claims (5)

1.一种输出切向偏振光束的激光器，特征在于其构成包括单轴晶体圆锥反射镜(1)、激光增益介质(2)，平面输出耦合镜(3)和泵浦源(4)，所述的激光增益介质(2)位于所述的单轴晶体圆锥反射镜(1)的底面和平面输出耦合镜(3)之间，所述的单轴晶体圆锥反射镜(1)的顶角α＝90°。

2.根据权利要求1所述的输出切向偏振光束的激光器，其特征在于所述的用于制作单轴晶体圆锥反射镜的材料是正单轴晶体。

3.根据权利要求1所述的输出切向偏振光束的激光器，其特征在于所述的激光增益介质为气体激光介质、激光晶体、激光陶瓷、纤芯掺有稀土激活粒子的单包层光纤或双包层光纤。

4.根据权利要求1所述的输出切向偏振光束的激光器，其特征在于所述的平面输出耦合镜为部分反射部分透射的平面镜。

5.根据权利要求1至4任一项所述的输出切向偏振光束的激光器，其特征在于所述的泵浦源为灯泵浦源、激光泵浦源或电泵浦源。