CN114050472A

CN114050472A - 一种三束同波长激光的合束光路装置

Info

Publication number: CN114050472A
Application number: CN202111516771.2A
Authority: CN
Inventors: 陈博艾; 周卓俊; 黄毛毛; 韩琢; 罗乐
Original assignee: Guangdong Qike Quantum Information Technology Research Institute Co ltd; Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Current assignee: Guangdong Qike Quantum Information Technology Research Institute Co ltd; Guokaike Quantum Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2021-12-13
Filing date: 2021-12-13
Publication date: 2022-02-15

Abstract

本发明提供一种三束同波长激光的合束光路装置，涉及激光光路技术包括：第一结构，包括第一偏振分束单元，用于将cooling光全部转化为垂直分量，并反射至第二结构；第二结构，包括第二偏振分束单元，用于将probe光和cooling光全部转化为垂直分量，并反射至第三结构；第三结构，包括第三偏振分束单元，用于将pump光、probe光和cooling光全部转化为水平分量。本发明通过改变半波片的旋转角度来改变光束的偏振状态，进而调节通过偏振分束片的反射光和透射光的占比，来实现激光光束的高能量利用率，极大地降低了激光的能量损失。

Description

一种三束同波长激光的合束光路装置

技术领域

本发明涉及激光光路技术，尤其涉及一种三束同波长激光的合束光路装置。

背景技术

在激光合束分析设计和光学元器件的选型中，激光光路的能量尤为重要，现有激光光路能量损耗情况如下：pump光损失50%，probe光损失75%，cooling光损失75%，激光能量和功率利用率仅为25%。与此同时，原光路无法调节能量和功率的分布，精准给与离子阱中的囚禁离子特定能量和功率的光束，提高P量子逻辑门的保真度。

参见图1，是原光路中分束片的原理，反射光的相位与透射光的相位是不同的，反射光的相位会多出一个额外的光 π / 2，这是由介质膜引起的。

参见图2，是现有技术中的光路设计，pump、probe 和 cooling 三束激光分别通过分束片，均会损失50%的能量，这造成了很大能量损失，降低了能量利用率。

发明内容

本发明实施例提供一种三束同波长激光的合束光路装置，极大地降低了激光的能量损失。

本发明实施例的第一方面，提供一种三束同波长激光的合束光路装置，包括：

第一结构，包括第一偏振分束单元，用于将cooling光全部转化为垂直分量，并反射至第二结构；

第二结构，包括第二偏振分束单元，用于将probe光和cooling光全部转化为垂直分量，并反射至第三结构；

第三结构，包括第三偏振分束单元，用于将pump光、probe光和cooling光全部转化为水平分量。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述第一结构、所述第二结构和所述第三结构位于同一直线上。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述第一结构、所述第二结构和所述第三结构位于同一垂直线上。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述第一偏振分束单元包括第一偏振分束片，所述第一偏振分束片靠近cooling光源的一侧设有第一半波片，并在远离cooling光源的一侧设有第一挡板。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述第二偏振分束单元包括第二偏振分束片，所述第二偏振分束片靠近所述第一偏振分束片的一侧设有第二半波片，在靠近probe光源的一侧设有第三半波片，在远离probe光源的一侧设有第二挡板。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，所述第三偏振分束单元包括第三偏振分束片，所述第三偏振分束片靠近所述第二偏振分束片的一侧设有第五半波片，在靠近pump光源的一侧设有第六半波片，在远离所述第二偏振分束片的一侧设有第三挡板。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，反射至第二结构的cooling光与probe光合束。

可选地，在第一方面的一种可能实现方式中，反射至第三结构的cooling光和probe光与pump光合束。

本发明提供的一种三束同波长激光的合束光路装置，通过改变半波片的旋转角度来改变光束的偏振状态，进而调节通过偏振分束片的反射光和透射光的占比，来实现激光光束的高能量利用率，极大地降低了激光的能量损失。

附图说明

图1是背景技术用于体现原光路中分束片的示意图；

图2是本发明实施例用于体现现有技术光路的结构示意图；

图3是本发明实施例用于偏振分束片的示意图；

图4是本发明实施例用于体现改进光路的结构示意图。

图中，1、第一偏振分束片；11、第一半波片；12、第一挡板；2、第二偏振分束片；21、第二半波片；22、第三半波片；23、第二挡板；3、第三偏振分束片；31、第五半波片；32、第六半波片；33、第三挡板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等（如果存在）是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

应当理解，在本发明的各种实施例中，各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

应当理解，在本发明中，“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

应当理解，在本发明中，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“包含A、B和C”、“包含A、B、C”是指A、B、C三者都包含，“包含A、B或C”是指包含A、B、C三者之一，“包含A、B和/或C”是指包含A、B、C三者中任1个或任2个或3个。

应当理解，在本发明中，“与A对应的B”、“与A相对应的B”、“A与B相对应”或者“B与A相对应”，表示B与A相关联，根据A可以确定B。根据A确定B并不意味着仅仅根据A确定B，还可以根据A和/或其他信息确定B。A与B的匹配，是A与B的相似度大于或等于预设的阈值。

取决于语境，如在此所使用的“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

一种三束同波长激光的合束光路装置，参见图3和4，包括三个部分，分别为第一结构、第二结构和第三结构，其中，第一结构对应cooling光设置，第二结构对应probe光设置，第三结构对应pump光设置，相互配合实现光路的合束。

其中，第一结构包括第一偏振分束单元，用于将cooling光全部转化为垂直分量，并反射至第二结构。

具体的，第一偏振分束单元包括第一偏振分束片1，所述第一偏振分束片1靠近cooling光源的一侧设有第一半波片11，并在远离cooling光源的一侧设有第一挡板12。

其中，参见图3，是本方案光路中的一种偏振分束, 对入射偏振敏感，线偏振角度会影响分光比。若入射的是自然光或圆偏振光，则按50：50分光。分束的时候除了分配能量外，出射的两路光一定是线偏振，而且一束是平行线偏振，一束是垂直线偏振，两种线偏振方向相差90°。这时，我们就用到了半波片来改变光束的偏振状态，半波片又称为相位延迟片，它是由双折射的材料加工而成，用于调整光束的偏振状态。常见的拨片由单轴晶体制作而成。当一束偏振光通过半波片后，仍为线偏振光，但是它的合振动的振动面与入射线偏振光的振动面转过2θ。最终通过调节半波片的旋转角度，来实现对激光光束通过PBS的水平分量（H）和垂直分量（V）的占比的调节。

可以理解的是，cooling光射入第一结构中，首先经过第一半波片11，然后进入第一偏振分束片1，第一偏振分束片1将cooling光全部转化为垂直分量，然后反射出光到达第二结构。

第二结构包括第二偏振分束单元，用于将probe光和cooling光全部转化为垂直分量，并反射至第三结构。

具体的，第二偏振分束单元包括第二偏振分束片2，所述第二偏振分束片2靠近所述第一偏振分束片1的一侧设有第二半波片21，在靠近probe光源的一侧设有第三半波片22，在远离probe光源的一侧设有第二挡板23。

可以理解的是，probe光射入第二结构中，首先经过第三半波片22，然后进入第二偏振分束片2，第二偏振分束单元将probe光全部转化为垂直分量，且进入到第三结构，同时，由第一结构射入的cooling光经过第二半波片21与probe光合束一起射入第三结构。

第三结构包括第三偏振分束单元，用于将pump光、probe光和cooling光全部转化为水平分量。

具体的，第三偏振分束单元包括第三偏振分束片3，所述第三偏振分束片3靠近所述第二偏振分束片2的一侧设有第五半波片31，在靠近pump光源的一侧设有第六半波片32，在远离所述第二偏振分束片2的一侧设有第三挡板33。

可以理解的是，pump光射入第三结构中，首先经过第六半波片32，然后进入第三偏振分束片3，第三偏振分束单元将pump光全部转化为水平分量输出，同时，反射至第三结构的cooling光和probe光经由第五半波片31与pump光合束，第三偏振分束单元将probe光和cooling光也全部转化为水平分量。

本方案利用半波片和偏振分束片的组合，通过改变半波片的旋转角度来改变光束的偏振状态，进而调节通过偏振分束片的反射光和透射光的占比，来实现激光光束的高能量利用率，极大地降低了激光的能量损失。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，所述第一结构、所述第二结构和所述第三结构位于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，所述第一结构、所述第二结构和所述第三结构位于同一垂直线上。

4.根据权利要求3所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，所述第一偏振分束单元包括第一偏振分束片（1），所述第一偏振分束片（1）靠近cooling光源的一侧设有第一半波片（11），并在远离cooling光源的一侧设有第一挡板（12）。

5.根据权利要求3所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，所述第二偏振分束单元包括第二偏振分束片（2），所述第二偏振分束片（2）靠近所述第一偏振分束片（1）的一侧设有第二半波片（21），在靠近probe光源的一侧设有第三半波片（22），在远离probe光源的一侧设有第二挡板（23）。

6.根据权利要求3所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，所述第三偏振分束单元包括第三偏振分束片（3），所述第三偏振分束片（3）靠近所述第二偏振分束片（2）的一侧设有第五半波片（31），在靠近pump光源的一侧设有第六半波片（32），在远离所述第二偏振分束片（2）的一侧设有第三挡板（33）。

7.根据权利要求1所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，反射至第二结构的cooling光与probe光合束。

8.根据权利要求1所述的一种三束同波长激光的合束光路装置，其特征在于，反射至第三结构的cooling光和probe光与pump光合束。