CN108803062A - 单轴双折射晶体偏振激光合束器 - Google Patents

单轴双折射晶体偏振激光合束器 Download PDF

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Abstract

一种单轴双折射晶体偏振激光合束器，它是使用单轴双折射晶体制作而成，左边是一个直角三棱镜，右边是一个五棱镜，两部分的晶体光轴方向一致；两部分之间使用10~15µm聚乙烯薄膜做成的外形与左右两部分的胶合面相同、内呈椭圆形中空的垫层，四周用胶合剂将左右两部分固定为一个整体；单轴双折射晶体偏振激光合束器可以使用负单轴晶体，也可以使用正单轴晶体，只是晶体光轴的取向是互为90°。单轴双折射晶体偏振激光合束器的两个入射端面与和合光束的出射端面为正方形，且边长相等。单轴双折射晶体偏振激光合束器的结构角β确定方法为：β=θc+α，α是为了确保S振动偏振光束全反射的余量角度，对于双折射率大于0.1的单轴晶体，取α=0.5°；对于双折射率小于0.1的单轴晶体取α=0.3°。

Description

单轴双折射晶体偏振激光合束器
技术领域
本发明属于偏振光学与强激光的交叉技术领域，涉及一种单轴双折射晶体偏振激光合束器及设计方法。
背景技术
近年来，高功率激光合成技术已成为激光技术发展领域的研究热点。最简单的光束合成技术是基于空间光束拼接的非相干合成，这种技术只是在目标物上实现了功率的简单叠加，并不能提升合成后光的亮度，在与远距离目标相互作用方面发展空间受限。为了提高亮度，人们发展了激光相干合成技术，该技术分为分孔径合成与共孔径合成。分孔径激光合成的弊端是远场输出光斑存在旁瓣，不能够将全部的能量集中在中心位置，而共孔径激光合成技术则克服了前者的弊端。
偏振相干激光合成属于共孔径合成技术，其原理为：两束偏振方向垂直的光束经过一个偏振合束器（Polarization Beam Combiner，PBC），在相位差为 nπ（n 为整数）时合成为一束新的线偏振光；利用半波片调节该光束的偏振方向，使其与另外一束偏振光的偏振方向垂直，经过第二个PBC后再次合成为一束线偏振光。偏振合束技术在子光束实现相位相干锁定的条件下，理论上可是实现无限路数的扩展，从而实现大阵列的激光相干合成，且对子光束光谱带宽要求远低于光谱合束技术；即使在非相位锁定的条件下，也可实现固定两路子光束的完美合束，同时对子光束光谱带宽没有任何要求。这些特点使得偏振合束方案非常适于发展高功率、高光束质量的激光技术。
偏振激光合束技术也可视为激光偏振分束技术的光路逆向应用，其核心器件为PBC器件，也就是偏振分束器件的逆应用。偏振分束器件根据作用原理，常用的有薄膜型（PBS）和双折射晶体型两种。目前使用的PBS器件一般为在光学玻璃基质45°直角棱镜的斜面上镀制偏振薄膜，可以制作成较大的体积，有利于大光斑高功率激光的输出，但由于受常规玻璃材料的吸收以及多层膜容易脱落的限制，高功率密度的合束受到限制，且目前无法应用于2000nm以上波段的偏振激光合束。
双折射晶体型偏振分束器的逆向应用可以将两束偏振激光进行合束，由于无法实现参与合束的任一光束中的每一条光线在合束器中的光程相等，使合束后的激光为线偏振的要求，因此不能用于对多束偏振激光的连续合束。
发明内容
针对现有双折射晶体型偏振分束器的逆向应用不能用于对多束偏振激光的连续合束的不足，本发明提供了一种单轴双折射晶体偏振激光合束器，它是利用单轴双折射晶体进行设计、制作而成，对于正入射的光，可以分别使透射和全反射参与合束的光束中的每一部分在合束器中光程相等，满足了对偏振激光连续合束的条件，因此可以用于对多束偏振激光连续合束；可使用的波段取决于所用单轴双折射晶体无吸收的光谱范围，因此可以获得高功率的合束激光。
一种单轴双折射晶体偏振激光合束器，它使用单轴双折射晶体制作而成，左部是一个直角三棱镜，右部是一个五棱镜，左右两部分的晶体光轴方向一致；两部分之间使用10~15µm聚乙烯薄膜做成的外形与左右两部分的胶合面相同、内呈椭圆形中空的垫层，四周用胶合剂将左右两部分固定为一个整体；对于负单轴晶体光轴平行于z轴，即在ABCDF平面内且平行于AF与BC；对于正单轴晶体光轴平行于x轴，即垂直于ABCDF平面；β为单轴双折射晶体偏振激光合束器的结构角；Φ为偏振激光的光束直径，单轴双折射晶体偏振激光合束器各边、各角的取值及与结构角的关系如下：
AF=BC=CD≥Φ/0.75 （1）
GB=DF=FA×tg(90°-2β) （2）
∠FAG=∠GBC=∠CDF=90° （3）
∠FGB=∠DFG=90° +β （4）
∠BCD=180° -2β （5）
单轴双折射晶体偏振激光合束器的两个入射端面与和合光束的出射端面设计为正方形，因此单轴双折射晶体偏振激光合束器通光面的面积均为(FA)2。
单轴双折射晶体偏振激光合束器的结构角β的确定方法，它包括如下步骤：
β =θc+α （6）
式中θc为经全反射参与合束的偏振光束（S振动）在器件内全反射的临界角，
对于负单轴晶体θc=sin-1(1/n o )，对于正单轴晶体θc=sin-1(1/n e )，n o 、n e 是单轴晶体中o、e光波的主折射率，且它们与光的波长相关；α是为了确保S振动偏振光束全反射的余量角度，对于双折射率大于0.1的单轴晶体，取α=0.5°；对于双折射率小于0.1的单轴晶体取α=0.3°。
单轴双折射晶体偏振激光合束器可使用有较大双折射率的负单轴晶体冰洲石和α-BBO，同样可使用正单轴晶体钒酸钇（YVO4）。其使用的波段取决于所用单轴双折射晶体无吸收的光谱范围。
一种单轴双折射晶体偏振激光合束器的参数确定方法如下:
（1）根据合束激光的波长，确定使用的单轴双折射晶体；
（2）根据该晶体主折射率的色散公式，得出n o （负单轴晶体）或n e （正单轴晶体），进而得出全反射的临界角θc；
（3）根据使用的单轴双折射晶体的双折射率，确定全反射余量角度α的取值，然后由（6）式得出单轴双折射晶体偏振激光合束器结构角β；
（4）根据偏振激光的光束直径Φ，取AF=BC=CD≥Φ/0.75，图2中垂直于纸面的厚度等于FA；
（5）根据确定的结构角β和FA，由（2）、（4）和（5）式得出GB（DF）的长度以及∠FGB（∠DFG）和∠BCD的角度。
本发明的有益效果是：根据给出的单轴双折射晶体偏振激光合束器的各参数的关系及确定方法，对于光矢量平行于z轴正入射的光，透射参与合束的偏振激光光束中的光线a1与a2（见图2）在合束器中经历的几何路径相等，因此光程相等；对于光矢量平行于x轴正入射的光，全反射参与合束的偏振激光光束中的光线b1与b2 ,由图2中的几何关系可以证明它们在合束器中经历的几何路径是相等的，由于该光束在晶体中全反射前后折射率不变，因此光程相等。由此说明：给出的单轴双折射晶体偏振激光合束器对于正入射的光，可以分别使透射和全反射参与合束的光束中的每一部分在合束器中光程相等，满足了对偏振激光连续合束的条件，因此可以用于对多束偏振激光连续合束。对于负单轴晶体光轴平行于z轴，即在ABCDF平面内且平行于AF与BC；对于正单轴晶体光轴平行于x轴，即垂直于ABCDF平面；给出这样的晶体光轴取向，一方面可以使透射参与合束的偏振激光在晶体中取最小折射率，且相对于胶合界面为P振动，可以降低该光束在胶合界面上的反射损失，增加透射比；另一方面可以使经全反射参与合束的偏振激光在晶体中取最大折射率，且在晶体中全反射前后折射率不变（均取主折射率）。
附图说明
图1为单轴双折射晶体偏振激光合束器立体结构示意图。图2为单轴双折射晶体偏振激光合束器的光路图。
具体实施方式
为了更加清楚的说明单轴双折射晶体偏振激光合束器的设计方法与过程，下面以冰洲石、α-BBO和钒酸钇（YVO4）晶体为双折射材料给出几个设计实例。
实施例1：
如图1-2所示，一种单轴双折射晶体偏振激光合束器，它使用单轴双折射晶体制作而成，左部是一个直角三棱镜，右部是一个五棱镜，左右两部分的晶体光轴方向一致；两部分之间使用10~15µm聚乙烯薄膜做成的外形与左右两部分的胶合面相同、内呈椭圆形中空的垫层，然后四周用胶合剂将左右两部分固定为一个整体。对于负单轴晶体光轴平行于z轴，即在ABCDF平面内且平行于AF与BC；对于正单轴晶体光轴平行于x轴，即垂直于ABCDF平面；给出这样的晶体光轴取向，一方面可以使透射参与合束的偏振激光在晶体中取最小折射率，且相对于胶合界面为P振动，可以降低该光束在胶合界面上的反射损失，增加透射比；另一方面可以使经全反射参与合束的偏振激光在晶体中取最大折射率，且在晶体中全反射前后折射率不变（均取主折射率）。图2中的β为合束器的结构角；图中有三个边相等，即
AF=BC=CD≥Φ/0.75
Φ为用于合束的偏振激光光束直径。其他各边、各角的取值及与结构角的关系如下：
GB=DF=FA×tg(90°-2β)
∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°
∠FGB=∠DFG=90° +β
∠BCD=180° -2β
单轴双折射晶体偏振激光合束器的两个入射端面与和合光束的出射端面设计为正方形，因此单轴双折射晶体偏振激光合束器通光面的面积均为(FA)2。
单轴双折射晶体偏振激光合束器的结构角β的确定方法如下：
β =θc+α
式中θc为经全反射参与合束的偏振光束（S振动）在器件内全反射的临界角，
对于负单轴晶体θc=sin-1(1/n o )，对于正单轴晶体θc=sin-1(1/n e )，n o 、n e 是单轴晶体中o、e光波的主折射率，且它们与光的波长相关；α是为了确保S振动偏振光束全反射的余量角度，对于双折射率大于0.1的单轴晶体，取α=0.5°；对于双折射率小于0.1的单轴晶体取α=0.3°。
单轴双折射晶体偏振激光合束器的参数确定方法如下:
（1）根据合束激光的波长，确定使用的单轴双折射晶体；
（2）根据该晶体主折射率的色散公式，得出n o （负单轴晶体）或n e （正单轴晶体），进而得出内全反射的临界角θc；
（3）根据使用的单轴双折射晶体的双折射率，确定全反射余量角度α的取值，然后由（6）式得出单轴双折射晶体偏振激光合束器结构角β；
（4）根据偏振激光的光束直径Φ，取AF=BC=CD≥Φ/0.75，图2中垂直于纸面的厚度等于FA；
（5）根据确定的结构角β和FA，由（2）、（4）和（5）式得出GB（DF）的长度以及∠FGB（∠DFG）和∠BCD的角度。
图中晶体光轴对于负单轴晶体平行于z轴，即在ABCDF平面内且平行于FA与BC；对于正单轴晶体光轴平行于x轴，即垂直于ABCDF平面。给出这样的晶体光轴取向，一方面可以使透射参与合束的偏振激光在晶体中取最小折射率，且相对于胶合界面为P振动，可以降低该光束在胶合界面上的反射损失，增加透射比；另一方面可以使经全反射参与合束的偏振激光在晶体中取最大折射率，且在晶体中全反射前后折射率不变（均取主折射率）。根据给出的单轴双折射晶体偏振激光合束器的各参数的关系及确定方法，对于光矢量平行于z轴正入射的光，透射参与合束的偏振激光光束中的光线a1与a2在合束器中经历的几何路径相等，因此光程相等；对于光矢量平行于x轴正入射的光，全反射参与合束的偏振激光光束中的光线b1与b2 ,由图2中的几何关系可以证明它们在合束器中经历的几何路径是相等的，由于该光束在晶体中全反射前后折射率不变，因此光程相等。由此说明：给出的单轴双折射晶体偏振激光合束器对于正入射的光，可以分别使透射和全反射参与合束的光束中的每一条光线在合束器中光程相等，满足了对偏振激光连续合束的条件，因此可以用于对多束偏振激光连续合束。
具体设计参数确定如下：
1）针对的合束波长λ= 532nm，光束直径Φ=6mm。选择使用负单轴晶体冰洲石，晶体光轴为z轴方向，即在图2的ABCDF平面内且平行于AF与BC；
2）根据冰洲石晶体寻常光的色散公式：
no 2=2.6943+0.0198/(λ2-0.0165)-0.0121λ2
得到冰洲石晶体532nm的no=1.66288，θc=36.968°；
3）冰洲石晶体的双折射率Δn 大于0.1，取α=0.5°，得到：β=37.468°；
4）得到：AF=BC=CD=8mm，图2中垂直于纸面的厚度等于8.00mm；
5）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=2.30mm，∠FGB=∠DFG=127.468°，
∠BCD=105.064°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体冰洲石制作多束532nm偏振激光合束器的参数全部给出。
依据本实施例的设计参数制作了两个相同的合束器，结合使用两个光程补偿器、一只532mm1/2波片（各器件入、出射面均镀了532nm增透膜）和三束532nm（功率分别为84mw、101mw、96mw）线偏振激光组成了合束系统，进行了连续合束试验验证，获得了256mw的线偏振合束光。
实施例2：
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于，合束偏振激光的波长λ=808nm，光束直径Φ=8mm。
具体设计如下：
1）根据冰洲石晶体寻常光的色散公式,得到冰洲石晶体808n的no=1.66288，
θc=36.968°；
2）取α=0.5°，得到：β=37.468°；
3）得到：AF=BC=CD=10.67mm，图2中垂直于纸面的厚度等于10.67mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=2.87mm，∠FGB=∠DFG=127.468°，
∠BCD=105.064°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体冰洲石制作多束808nm偏振激光合束器的参数全部给出。
实施例3：
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：合束偏振激光的波长λ=1064nm，光束直径Φ=8mm。
具体设计如下：
1）根据冰洲石晶体寻常光的色散公式,得到冰洲石晶体1064nm的no=1.64267，θc=37.500°；
2）取α=0.5°，得到：β=38.000°；
3）得到：AF=BC=CD=10.67mm，图2中垂直于纸面的厚度等于10.67mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=2.66mm，∠FGB=∠DFG=128.000°，
∠BCD=104.00°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体冰洲石制作多束
1064nm偏振激光合束器的参数全部给出。
实施例4：
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：合束偏振激光的波长λ=1310nm，光束直径Φ=8mm。
具体设计如下：
1）根据冰洲石晶体寻常光的色散公式,得到冰洲石晶体1310nm的no=1.63865，θc=37.608°；
2）取α=0.5°，得到：β=38.108°；
3）得到：AF=BC=CD=10.67mm，图2中垂直于纸面的厚度等于10.67mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=2.62mm，∠FGB=∠DFG=128.108°，
∠BCD=103.784°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体冰洲石制作多束
1310nm偏振激光合束器的参数全部给出。
实施例5：
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：合束偏振激光的波长λ=2118nm，光束直径Φ=12mm。
具体设计如下：
1）根据冰洲石晶体寻常光的色散公式,得到冰洲石晶体2118nm的no=1.62618，θc=37.947°；
2）取α=0.5°，得到：β=38.447°；
3）得到：AF=BC=CD=16.00mm，图2中垂直于纸面的厚度等于16.00mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=3.73mm，∠FGB=∠DFG=128.447°，
∠BCD=103.106°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体冰洲石制作多束
2118nm偏振激光合束器的参数全部给出。
本实施例针对的2118nm已超出常规PBS器件适用的红外光谱范围。
实施例6：
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：针对的合束波长λ=266nm，光束直径Φ=6mm，选择使用负单轴晶体α-BBO。
具体设计如下：
1）根据α-BBO寻常光的色散公式：
no 2=2.7359+0.01878 / (λ2-0.01822) -0.01354 λ2 得到α-BBO晶体266nm的no=1.75853，θc=37.947°；
2）α-BBO晶体的双折射率大于0.1，取α=0.5°，得到：β=38.447°；
3）得到：AF=BC=CD=8.00mm，图2中垂直于纸面的厚度等于8.00mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=1.86mm，∠FGB=∠DFG=128.447°，
∠BCD=103.106°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体α-BBO制作多束
266nm偏振激光合束器的参数全部给出。
本实施例针对的266nm已超出常规PBS器件适用的紫外光谱范围。
实施例7:
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：针对的合束波长λ=405nm，光束直径Φ=6mm，选择使用负单轴晶体α-BBO。
具体设计如下：
1）根据α-BBO寻常光的色散公式：得到α-BBO晶体405nm的no=1.69189，θc=36.232°；
2）取α=0.5°，得到：β=36.732°；
3）得到：AF=BC=CD=8.00mm，图2中垂直于纸面的厚度等于8.00mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=1.86mm，∠FGB=∠DFG=126.732，
∠BCD=106.536°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体α-BBO制作多束
405nm偏振激光合束器的参数全部给出。
实施例8
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：针对的合束波长λ=1053nm，光束直径Φ=8mm，选择使用负单轴晶体α-BBO。
具体设计如下：
1）根据α-BBO寻常光的色散公式：得到α-BBO晶体1053nm的no=1.65472，θc=37.181°；
2）取α=0.5°，得到：β=37.681°；
3）得到：AF=BC=CD=10.67mm，图2中垂直于纸面的厚度等于10.67mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=2.79mm，∠FGB=∠DFG=127.681，
∠BCD=104.638°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体α-BBO制作多束
1053nm偏振激光合束器的参数全部给出。
实施例9
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：针对的合束波长λ=2118nm，光束直径Φ=12mm，选择使用负单轴晶体α-BBO。
具体设计如下：
1）根据α-BBO寻常光的色散公式：得到α-BBO晶体2118nm的no=1.63688，θc=37.656°；
2）取α=0.5°，得到：β=38.156°；
3）得到：AF=BC=CD=16.00mm，图2中垂直于纸面的厚度等于16.00mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=3.90mm，∠FGB=∠DFG=128.156，
∠BCD=103.688°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用负单轴晶体α-BBO制作多束
2118nm偏振激光合束器的参数全部给出。
本实施例针对的2118nm已超出常规PBS器件适用的红外光谱范围。
实施例10:
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：使用的材料为正单轴晶体钒酸钇，合束偏振激光的波长λ=1550nm，光束直径Φ=8mm。
具体设计如下：
1）根据钒酸钇晶体非常光的色散公式：
ne 2=4.59905+0.110534/(λ2 -0.04813)-0.0122676λ2
钒酸钇晶体1550nm的ne=2.14861，θc=27.737°；
2）取α=0.5°，得到：β=28.237°；
3）得到：AF=BC=CD=Φ/0.75=10.67mm，图2中垂直于纸面的厚度等于10.67mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=7.07，∠FGB=∠DFG=118.237°，
∠BCD=123.526°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用正单轴晶体钒酸钇制作多束
1550nm偏振激光合束器的参数全部给出。
实施例11:
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：使用的材料为正单轴晶体钒酸钇，合束偏振激光的波长λ=2118nm，光束直径Φ=12mm。
具体设计如下：
1）根据钒酸钇晶体非常光的色散公式，钒酸钇晶体2118nm的ne=2.13750，θc=27.894°；
2）取α=0.5°，得到：β=28.394°；
3）得到：AF=BC=CD=Φ/0.75=16mm，图2中垂直于纸面的厚度等于16mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=10.48，∠FGB=∠DFG=118.394°，
∠BCD=123.212°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用正单轴晶体钒酸钇制作多束
2118nm偏振激光合束器的参数全部给出。
本实施例针对的2118nm已超出常规PBS器件适用的红外光谱范围。
实施例12:
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：使用的材料为正单轴晶体钒酸钇，合束偏振激光的波长λ=2700nm，光束直径Φ=12mm。
具体设计如下：
1）根据钒酸钇晶体非常光的色散公式，钒酸钇晶体2700nm的ne=2.12718，θc=28.041°；
2）取α=0.5°，得到：β=28.541°；
3）得到：AF=BC=CD=Φ/0.75=16mm，图2中垂直于纸面的厚度等于16mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=10.36，∠FGB=∠DFG=118.541°，
∠BCD=122.918°；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用正单轴晶体钒酸钇制作多束
2700nm偏振激光合束器的参数全部给出。
本实施例针对的2700nm已超出常规PBS器件适用的红外光谱范围。
实施例13:
本实施例与实施例1相同之处不再赘述，不同之处在于：使用的材料为正单轴晶体钒酸钇，合束偏振激光的波长λ=3500nm，光束直径Φ=12mm。
具体设计如下：
1）根据钒酸钇晶体非常光的色散公式，钒酸钇晶体3500nm的ne=2.11136，θc=28.270°；
2）取α=0.5°，得到：β=28.770°；
3）得到：AF=BC=CD=Φ/0.75=16mm，图2中垂直于纸面的厚度等于16mm；
4）由（2）、（4）和（5）式得到：GB=DF=10.36，∠FGB=∠DFG=118.770°，
∠BCD=122.460；
连同∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°，使用正单轴晶体钒酸钇制作多束
3500nm偏振激光合束器的参数全部给出。
本实施例针对的3500nm已超出常规PBS器件适用的红外光谱范围。

Claims (4)

1.一种单轴双折射晶体偏振激光合束器，其特征是它使用单轴双折射晶体制作而成，左部是一个直角三棱镜，右部是一个五棱镜，左右两部分的晶体光轴方向一致；两部分之间使用10~15µm聚乙烯薄膜做成的外形与左右两部分的胶合面相同、内呈椭圆形中空的垫层，四周用胶合剂将左右两部分固定为一个整体；对于负单轴晶体光轴平行于z轴，即在ABCDF平面内且平行于AF与BC；对于正单轴晶体光轴平行于x轴，即垂直于ABCDF平面；β为单轴双折射晶体偏振激光合束器的结构角；Φ为偏振激光的光束直径，单轴双折射晶体偏振激光合束器各边、各角的取值及与结构角的关系如下：
AF=BC=CD≥Φ/0.75
GB=DF=FA×tg(90°-2β)
∠FAG=∠GBC=∠CDF=90°
∠FGB=∠DFG=90° +β
∠BCD=180° -2β 。
2.根据权利要求1所述的单轴双折射晶体偏振激光合束器，其特征是单轴双折射晶体偏振激光合束器的结构角β的确定方法如下：
β =θc+α
式中θc为经全反射参与合束的偏振光束在器件内全反射的临界角，对于负单轴晶体θc=sin-1(1/no)，对于正单轴晶体θc=sin-1(1/ne)，no、ne是单轴晶体中o、e光波的主折射率，且它们与光的波长相关；α是为了确保S振动偏振光束全反射的余量角度，对于双折射率大于0.1的单轴晶体，取α=0.5°；对于双折射率小于0.1的单轴晶体取α=0.3°。
3.根据权利要求1所述的单轴双折射晶体偏振激光合束器，其特征是单轴双折射晶体偏振激光合束器采用负单轴晶体冰洲石或者α-BBO或者正单轴晶体钒酸钇。
4.一种单轴双折射晶体偏振激光合束器的参数确定方法，其特征是它包括如下步骤:
（1）根据合束激光的波长，确定使用的单轴双折射晶体；
（2）根据该晶体主折射率的色散公式，得出负单轴晶体no或正单轴晶体ne，进而得出全反射的临界角θc；
（3）根据使用的单轴双折射晶体的双折射率，确定全反射余量角度α的取值，然后由β =θc+α得出单轴双折射晶体偏振激光合束器结构角β；
（4）根据偏振激光的光束直径Φ，取AF=BC=CD≥Φ/0.75，垂直于纸面的厚度等于FA；
（5）根据确定的结构角β和FA，由GB=DF=FA×tg(90°-2β)，∠FGB=∠DFG=90° +β和∠BCD=180° -2β得出GB、DF的长度以及∠FGB、∠DFG和∠BCD的角度。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109828379A (zh) * 2019-01-16 2019-05-31 曲阜师范大学 双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器
CN110137794A (zh) * 2019-04-23 2019-08-16 湖北大学 一种同轴输出红绿激光的激光器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046526A (zh) * 2006-03-29 2007-10-03 曲阜师范大学激光研究所 双反射偏光分束方法及复式偏光分束棱镜
CN102096141A (zh) * 2010-12-23 2011-06-15 福建福晶科技股份有限公司 一种α-BBO偏振棱镜
CN102749670A (zh) * 2012-07-02 2012-10-24 杭州科汀光学技术有限公司 一种宽带棱镜多层膜偏振分束器
CN103424878A (zh) * 2012-12-02 2013-12-04 上海理工大学 偏振分光装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101046526A (zh) * 2006-03-29 2007-10-03 曲阜师范大学激光研究所 双反射偏光分束方法及复式偏光分束棱镜
CN102096141A (zh) * 2010-12-23 2011-06-15 福建福晶科技股份有限公司 一种α-BBO偏振棱镜
CN102749670A (zh) * 2012-07-02 2012-10-24 杭州科汀光学技术有限公司 一种宽带棱镜多层膜偏振分束器
CN103424878A (zh) * 2012-12-02 2013-12-04 上海理工大学 偏振分光装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109828379A (zh) * 2019-01-16 2019-05-31 曲阜师范大学 双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器
CN109828379B (zh) * 2019-01-16 2021-07-20 曲阜师范大学 双轴双折射晶体α-BTM红外偏振激光合束器
CN110137794A (zh) * 2019-04-23 2019-08-16 湖北大学 一种同轴输出红绿激光的激光器
CN110137794B (zh) * 2019-04-23 2020-09-25 湖北大学 一种同轴输出红绿激光的激光器

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