CN108767644A - 基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置 - Google Patents

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李学春
黄庭瑞
黄文发
黄大杰
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10061—Polarization control

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Abstract

一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，包括第一透镜、第二透镜、光寻址液晶空间光调制器、偏振分光棱镜、第三透镜、第四透镜、CCD和控制电脑。可被用于激光能量通量小于300mJ/cm2下的各类激光放大器中，补偿由于热效应和不理想的偏振元件导致的激光退偏效应。本发明完全基于像传递设计，可以方便地实时测量和补偿激光的退偏效应，避免了转换测量与补偿退偏过程中的光学器件拆卸的复杂步骤。该装置结构简单，可以补偿任意形态的退偏形态，免除了补偿综合退偏形态的复杂系统，降低了激光系统复杂度。

Description

基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置
技术领域
本发明涉及激光放大器退偏补偿领域,具体是一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置。
背景技术
在激光放大器领域，激光介质本身的产热会导致体内的温度梯度分布，由于弹光效应的存在，温度梯度效应会转化为应力不均匀的分布。应力分布的不均匀常常会导致在垂直于激光传输方向的平面内，激光应力坐标轴发生旋转，并且两应力主轴方向折射率不一致，即应力致双折射效应。由于双折射效应会导致激光的o光和e光相位延迟不一致，在经过激光介质后表现为激光偏振旋转，即应力分布不均匀导致出射激光的偏振态分布不均匀，经过检偏元件后部分光斑区域光强损失，造成退偏损耗。
在激光放大系统中，常使用电光开关、波片等偏振元件，电光开关的加电电压不够或晶体不同部位感受电压不一致，波片旋转角度偏差或者自身偏振旋转不均匀，均会导致激光光斑口径内偏振态的不均匀，继而导致退偏损耗。
为了补偿这些退偏损耗，减小系统中的光腔损耗，提出简便有效的退偏测量与补偿方案对于激光系统具有重要的意义。
发明内容
本发明提供一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，利用光寻址液晶空间光调制器的光偏振调节能力，使用偏振分光棱镜同时实现退偏测量与退偏补偿的功能复用，可以用于激光能量通量小于300mJ/cm2的各类激光放大器中，补偿由于热效应和不理想的偏振元件导致的激光退偏效应。
本发明所采用的技术如下：
一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，其特点在于包括第一透镜、第二透镜、光寻址液晶空间光调制器、偏振分光棱镜、第三透镜、第四透镜、CCD和控制电脑，所述的光寻址液晶空间光调制器经CCD与控制电脑相连；偏振态为p偏振的激光依次经过第一透镜和第二透镜后成像到光寻址液晶空间光调制器上，如果该偏振态为p偏振的激光中不含s退偏分量，则p偏振的激光通过偏振分光棱镜透射输出，如果该偏振态为p偏振的激光中含有s退偏分量，则激光的s偏振分量通过偏振分光棱镜反射进入由第三棱镜和第四棱镜组成的成像系统，并被成像到CCD，CCD将采集到的光强分布信息传递给控制电脑，控制电脑分析得到光强调制信息，并控制光寻址液晶空间光调制器调节含有s偏振分量激光的偏振态，达到纯p偏振状态。
所述的光寻址液晶空间光调制器作为偏振补偿元件，补偿激光的退偏损耗。
所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成双4f系统。
所述的光寻址液晶空间光调制器位于由第一透镜和第二透镜组成的成像系统的激光像面上。
所述的CCD位于由第三透镜和第四透镜组成的成像系统的激光像面上。
所述的光寻址液晶空间光调制器通过电脑控制调节，调节的信息由CCD采集或者通过控制PC自定义。测量退偏时，由于入射光主偏振态为p偏振态，可以让光寻址液晶空间光调制器整体不加电压，测量激光s分量分布；也可以让光寻址液晶空间光调制器整体加均匀电压偏置，使p偏振完全旋转变为s偏振，测量主强度分布。补偿退偏时，通过测量到的退偏信息给光寻址液晶空间光调制器加压，将退偏的s分量消除，实现无退偏输出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)同时实现了退偏的测量与补偿方案；
2)克服了退偏图样不规则、退偏包含热退偏和其它退偏的多重退偏混合情况下退偏无法完全补偿的问题；
3)实现了实时测量和补偿激光系统的退偏。
4)利用偏振分光棱镜不仅实现了光束的空间复用，而且实现了测量功能和反馈功能的复用。
5)激光的传输完全满足像传递原理，保证激光的光束质量良好。
附图说明
图1是本发明基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置的结构示意图。
图中，1-第一透镜、2-第二透镜、3-光寻址液晶空间光调制器、4-偏振分光里棱镜、5-第三透镜、6-第四透镜、7-CCD、8-控制电脑。
具体实施方式
下面结合附图和实例作进一步详细的说明。
图1是本发明基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置的结构示意图。如图1所示，一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，包括焦距为20cm的第一透镜1、焦距为20cm的第二透镜2、通过口径为2.5cm×2.5cm的光寻址液晶空间光调制器3、尺寸为25.4mm×25.4mm×25.4mm的偏振分光棱镜4、焦距为20cm的第三透镜5、焦距为20cm的第四透镜6、高精度CCD7和带有串口通信功能的控制电脑8。
激光入射时，平行激光的像面设置在第一透镜1左侧20cm处，第一透镜1与第二透镜2距离40cm，光寻址液晶空间光调制器3的液晶层位置在第二透镜2右侧20cm处；偏振分光棱镜4的中心距离第二透镜距离为30cm，距离第三透镜5的距离为10cm；第三透镜5和第四透镜6的中心线与第一透镜1和第二透镜2的中心线垂直；第四透镜6与第三透镜5相距20cm，CCD7位于第四透镜6下方10cm处。CCD7采集到的光束进场分布通过数据线传递给控制电脑8，控制电脑8通过计算，将光斑所需要的偏振旋转角度对应的强度灰度图传给光寻址液晶空间光调制器3内部的的调制光产生单元，调制光辐射液晶层改变液晶分子取向，从而使液晶分子层具有旋转激光偏振态的作用，最后达到均匀偏振态输出。
光寻址液晶空间光调制器3针对1053nm波长的激光透射率为>90％，损伤阈值为300mJ/cm2。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，其特征在于包括第一透镜、第二透镜、光寻址液晶空间光调制器、偏振分光棱镜、第三透镜、第四透镜、CCD和控制电脑，所述的光寻址液晶空间光调制器和CCD与控制电脑相连；偏振态为p偏振的激光依次经过第一透镜和第二透镜后成像到光寻址液晶空间光调制器上，当该偏振态为p偏振的激光中不含s退偏分量，则p偏振的激光通过偏振分光棱镜透射输出；当该偏振态为p偏振的激光中含有s退偏分量，则激光的s偏振分量通过偏振分光棱镜反射进入由第三透镜和第四透镜组成的成像系统，并被成像到CCD，CCD将采集到的光强分布信息传递给控制电脑，控制电脑分析得到光强调制信息，并控制光寻址液晶空间光调制器调节含有s偏振分量激光的偏振态，达到纯p偏振状态。
2.根据权利要求1所述的一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，其特征在于：所述的光寻址液晶空间光调制器作为偏振补偿元件。
3.根据权利要求1所述的一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，其特征在于：所述的第一透镜、第二透镜、第三透镜和第四透镜组成双4f系统。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，其特征在于：所述的光寻址液晶空间光调制器位于由第一透镜和第二透镜组成的成像系统的激光像面上。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于液晶光调制器的退偏测量与补偿装置，其特征在于：所述的CCD位于由第三透镜和第四透镜组成的成像系统的激光像面上。
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