CN117060214A - 一种合成激光的偏振态检验及纠正方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成激光的偏振态检验及纠正方法及装置，所述合成激光的偏振态检验及纠正方法包括：将通过介质的多路激光进行分解，分别获得各路激光的S线偏振光与P线偏振光，记录各路S线偏振光与P线偏振光的光强值，计算各路激光的消光比值；比对消光比值，判断各路激光的偏振态是否一致；若一致，则检验结束，无需就行纠正；若不一致，则测试偏振态不一致的激光的偏离程度；基于偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的激光的光路上添加与激光平行方向的磁场进行偏离纠正。采用本发明，根据各子路激光的消光比找出偏振态不一致的子路激光，测试偏离程度计算施加的磁场，使其偏振态得到纠正，保证了激光的合成效果。

Description

一种合成激光的偏振态检验及纠正方法及装置

技术领域

本发明涉及光纤激光技术领域，尤其涉及一种合成激光的偏振态检验及纠正方法及装置。

背景技术

光纤激光器在科学研究、工业加工等领域一直有着广阔的应用场景并长足发展，然而，光纤激光器在放大过程中，受热效应、模式不稳定、非线性相应以及光纤端面损伤等诸多因素的限制，单路光纤激光器的输出功率存在理论极限。在相关特殊领域，单路光纤激光器的亮度及功率已不能满足应用需求，因此，光束合成技术成为了提升激光器功率及亮度的重要技术途径。

为了获得更高的合成功率以及更好的合成效果，采用窄线宽线偏振的光纤激光作为合成子激光器成为首选，但由于保偏光纤在熔接过程中，为了提高效率，更多的是由熔接机通过程序自动识别XY视场的图像来判断保偏光纤快慢轴是否对准，在某些特殊领域，由于所用保偏光纤非市面上民用的普通光纤，熔接程序并不完全适用，因此很多情况下存在机器误识别的情况，但并未及时报错进而继续进行熔接过程，使得光纤的快慢两个轴向未能完全对准，最终导致光纤输出的偏振态旋转。在光纤激光合成系统中，最重要的便是要保证参与合成的子路激光器的偏振态的一致性，若有个别激光器的偏振态不能与其他路数的激光器偏振态保持一致，严重影响最终的合成效果。

发明内容

本发明提供一种合成激光的偏振态检验及纠正方法及装置，用以至少解决现有技术中个别激光器的偏振态不能与其他路数的激光器偏振态保持一致，影响的合成效果的问题。

根据本发明第一方面实施例提出的一种合成激光的偏振态检验及纠正方法，包括：

将通过介质的多路激光进行分解，分别获得各路所述激光的S线偏振光与P线偏振光，记录各路所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值，计算各路所述激光的消光比值；

比对所述消光比值，判断各路所述激光的偏振态是否一致；

若一致，则检验结束，无需就行纠正；若不一致，则测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度；

基于所述偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的所述激光的光路上添加与所述激光平行方向的磁场进行偏离纠正。

根据本发明的一些实施例，所述测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度，包括：

使用与偏振态不一致的所述激光的光路同轴的半波片，旋转半波片，使得该路激光的偏振态与其他路所述激光的偏振态一致，记录所述半波片的旋转角度。

根据本发明的一些实施例，所述基于所述偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的所述激光的光路上添加与所述激光平行方向的磁场进行偏离纠正，包括：

使用如下的公式1计算所要添加的磁场强度B：

其中，V为费尔德常数，θ为半波片旋转角度，L为介质长度。

根据本发明的一些实施例，所述介质为磁光玻璃。

根据本发明第二方面实施例提出的一种合成激光的偏振态检验及纠正装置，包括若干检验纠正单元及与所述检验纠正单元均通讯连接的计算控制单元，所述检验纠正单元的数量与多路激光的数量相同，且每个检验纠正单元均与一路激光同轴；

所述检验纠正单元包括依次排列的：

第一调整部，设置于光路中靠近激光光源的一端，所述第一调整部用于测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度；

分光部，设置于所述第一调整部远离所述激光光源的一端，所述分光部用于将所述激光进行分解，获得S线偏振光与P线偏振光；

介质部，设置于所述第一调整部与所述分光部之间；

磁场部，围绕所述介质部的周向设置，所述磁场部用于在平行于偏振态不一致的所述激光的光路上添加磁场进行偏离纠正；

探测部，包括第一探测器与第二探测器，分别设置于所述S线偏振光与所述P线偏振光的光路，所述第一探测器与所述第二探测器分别用于记录所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值；

所述计算控制部，与各所述检验纠正单元的所述第一调整部、所述磁场部及所述探测部均通信连接，所述计算控制部用于记录各路所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值，计算各路所述激光的消光比值，记录偏振态不一致的所述激光的偏离程度，基于所述偏离程度，计算磁场强度，并控制所述磁场部产生磁场进行偏离纠正。

根据本发明的一些实施例，所述第一调整部为半波片，所述半波片可绕所述激光光源的轴向进行转动。

根据本发明的一些实施例，所述计算控制部还用于，使用如下的公式1计算所要添加的磁场强度B：

其中，V为费尔德常数，θ为半波片旋转角度，L为介质长度。

根据本发明的一些实施例，所述介质部为磁光玻璃。

采用本发明的技术方案，首先根据各子路激光的消光比找出偏振态不一致的子路激光，通过测试其偏离程度计算应当对其施加的磁场，使其非一致的偏振态得到纠正，从而保证了合成激光的合成效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明第一方面实施例中合成激光的偏振态检验及纠正方法的流程示意图；

图2是本发明第二方面实施例中合成激光的偏振态检验及纠正装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明第一方面实施例提出一种合成激光的偏振态检验及纠正方法，合成激光是由若干子路激光合成，本实施例中的检验及纠正方案是针对各子路激光进行检验与纠正，参考图1，合成激光的偏振态检验及纠正方法包括：

S1、将通过介质的多路激光进行分解，分别获得各路所述激光的S线偏振光与P线偏振光，记录各路所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值，计算各路所述激光的消光比值。

S2、比对所述消光比值，判断各路所述激光的偏振态是否一致。

可以理解的是，在合成激光的若干子路激光中，大部分的偏振态是一致的，所以可以通过不同合成支路的消光比的差值来判断分析出在激光合成系统中与其他合成路数偏振态不一致的子路激光。

S3、若一致，则检验结束，无需就行纠正；若不一致，则测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度。

S4、基于所述偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的所述激光的光路上添加与所述激光平行方向的磁场进行偏离纠正。

采用本发明的技术方案，首先根据各子路激光的消光比找出偏振态不一致的子路激光，通过测试其偏离程度计算应当对其施加的磁场，使其非一致的偏振态得到纠正，从而保证了合成激光的合成效果。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

根据本发明的一些实施例，所述测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度，包括：

使用与偏振态不一致的所述激光的光路同轴的半波片，旋转半波片，使得该路激光的偏振态与其他路所述激光的偏振态一致，记录所述半波片的旋转角度。半波片的旋转角度即代表着该路激光的偏离程度。

根据本发明的一些实施例，所述基于所述偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的所述激光的光路上添加与所述激光平行方向的磁场进行偏离纠正，包括：

使用如下的公式1计算所要添加的磁场强度B：

其中，V为费尔德常数，θ为半波片旋转角度，L为介质长度。

根据本发明的一些实施例，所述介质为磁光玻璃。

本发明第二方面实施例提出一种合成激光的偏振态检验及纠正装置，包括若干检验纠正单元及与所述检验纠正单元均通讯连接的计算控制单元，所述检验纠正单元的数量与多路激光的数量相同，且每个检验纠正单元均与一路激光同轴；

所述检验纠正单元包括依次排列的：

第一调整部，设置于光路中靠近激光光源的一端，所述第一调整部用于测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度。

分光部，设置于所述第一调整部远离所述激光光源的一端，所述分光部用于将所述激光进行分解，获得S线偏振光与P线偏振光。

介质部，设置于所述第一调整部与所述分光部之间。

磁场部，围绕所述介质部的周向设置，所述磁场部用于在平行于偏振态不一致的所述激光的光路上添加磁场进行偏离纠正。

探测部，包括第一探测器与第二探测器，分别设置于所述S线偏振光与所述P线偏振光的光路，所述第一探测器与所述第二探测器分别用于记录所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值。

所述计算控制部，与各所述检验纠正单元的所述第一调整部、所述磁场部及所述探测部均通信连接，所述计算控制部用于记录各路所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值，计算各路所述激光的消光比值，记录偏振态不一致的所述激光的偏离程度，基于所述偏离程度，计算磁场强度，并控制所述磁场部产生磁场进行偏离纠正。

可以理解的是，预先设置有包含若干支架的支撑结构，每个支架的高度可以进行上下的调节，合成激光的偏振态检验及纠正装置中的每个检验纠正单元放置于支架上，可通过调节支架高度，使得每个检验纠正单元与对应的子路激光同轴。

根据本发明的一些实施例，所述第一调整部为半波片，所述半波片可绕所述激光光源的轴向进行转动。可以理解的是，半波片为圆形，围绕半波片侧壁的轴向设置有第一齿轮，在半波片侧壁设置有驱动装置，驱动装置的驱动轴上设置有与第一齿轮适配的第二齿轮，第一齿轮与第二齿轮齿合，驱动装置与计算控制部电连接，计算控制部通过驱动半波片转动可记录其转动角度。

根据本发明的一些实施例，所述计算控制部还用于，使用如下的公式1计算所要添加的磁场强度B：

其中，V为费尔德常数，θ为半波片旋转角度，L为介质长度。

根据本发明的一些实施例，所述介质部为磁光玻璃。

下面以一个具体的实施例详细描述采用上述检验及纠正方法使用合成激光的偏振态检验及纠正装置。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

本实施例中，参考图2，合成激光的偏振态检验及纠正装置包括：

支撑结构5，设置有若干层支架，支架设置为高度可调，例如利用导轨及限位装置或丝杆驱动装置实现，本实施例中不做具体限定。

每个支架上设置有半波片1、被螺线管包裹的磁光玻璃2及分光片3，其中半波片1靠近子路激光光源，分光片3远离子路激光光源，被螺线管包裹的磁光玻璃2设置于有半波片1及分光片3之间，半波片1、被螺线管包裹的磁光玻璃2及分光片3均与子路激光同轴。半波片1的周向设置有齿轮，通过驱动装置驱动齿轮转动，可以带动半波片1进行转动。在分光片3上还设置有薄膜探测器4，薄膜探测器4包括第一薄膜探测器与第二薄膜探测器，分别用于探测经分光片分光后激光的S线偏振光与P线偏振光的光强值。

上位机，与薄膜探测器4、驱动装置及被螺线管包裹的磁光玻璃2电连接，上位机可采集各支架上的薄膜探测器4所探测的各路激光的S线偏振光与P线偏振光的光强值，并计算其消光比值。上位机可控制驱动装置驱动半波片1转动，还可以根据计算结果对磁光玻璃2的螺线施加电流控制其产生的磁场强度。

上位机还可以控制支撑结构5调整各个支架的高度。

在使用本实施例中的合成激光的偏振态检验及纠正装置时，在参与合成的多路激光子束中，有个别几路激光器的偏振态与其他路的偏振态不一致，此时，该检验装置在上位机的控制下，将若干个半波片1、被螺线管包裹的磁光玻璃2、分光镜3推送至与各路光传输方向同轴的位置，此时被螺线管包裹的磁光玻璃不通电，也就是磁光晶体此时不受外加电场的作用，保持半波片1和分光镜3的方向固定，所有激光子路保持一致，打开参与合成的激光子束，此时通过上位机记录薄膜传感器4上传的数据，通过对比分析每一路的消光比值，找出比值与其他路数偏差较大的数值。将悬殊较大的作为特殊参考对象，进而分析出合成系统中与其他合成路数偏振态不一致的路数，实现光纤激光合成系统中偏振态的一致性的检验。

通过上位机控制，分别转动有问题的激光子路的半波片1，来使该路的分光镜3上的薄膜探测器4采样的数值比值与其他正常路数接近，上位机会实时记录半波片1转过的角度。

由于激光合成系统中，参与合成的子光束对应的装置单元选型参数一致，因此，根据磁光晶体的旋转角度公式，可以计算出每一个旋转角度对应的外部所需施加的电场强度。计算公式如下所示，

其中，V为费尔德常数，θ为半波片1旋转角度，L为磁光玻璃2长度。

通过上位机将电场强度自动转换成对应的电流，此时便可以通过精确地控制电流来控制施加在磁光晶体上的磁场强度，进而实现精确控制激光偏振面在经过磁光晶体中所旋转的角度，以此来弥补该路激光偏振态与其他路数不一致的缺陷，在完成角度偏转后，再次通过半波片1和分光镜3进行检验，重复上述调节操作，直到该路激光的偏振态与其他路数接近。

在完成角度变换后，半波片1、分光镜3、薄膜探测器4通过上位机控制退出光传播的路径，仅保留被施加电场了的被螺线管包裹的磁光玻璃2在光传输的路径上，通过此方式来纠正该路激光的偏振态，最终实现光纤激光合成系统中偏振态的转换。

采用本发明的技术方案，首先根据各子路激光的消光比找出偏振态不一致的子路激光，通过测试其偏离程度计算应当对其施加的磁场，使其非一致的偏振态得到纠正，从而保证了合成激光的合成效果。

需要说明的是，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，可以将各个实施例进行不同的自由组合。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。

需要说明的是，在本说明书的描述中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (8)

1.一种合成激光的偏振态检验及纠正方法，其特征在于，包括：

将通过介质的多路激光进行分解，分别获得各路所述激光的S线偏振光与P线偏振光，记录各路所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值，计算各路所述激光的消光比值；

比对所述消光比值，判断各路所述激光的偏振态是否一致；

若一致，则检验结束，无需就行纠正；若不一致，则测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度；

基于所述偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的所述激光的光路上添加与所述激光平行方向的磁场进行偏离纠正。

2.如权利要求1所述的，其特征在于，所述测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度，包括：

使用与偏振态不一致的所述激光的光路同轴的半波片，旋转半波片，使得该路激光的偏振态与其他路所述激光的偏振态一致，记录所述半波片的旋转角度。

3.如权利要求2所述的，其特征在于，所述基于所述偏离程度，计算磁场强度，在偏振态不一致的所述激光的光路上添加与所述激光平行方向的磁场进行偏离纠正，包括：

使用如下的公式1计算所要添加的磁场强度B：

其中，V为费尔德常数，θ为半波片旋转角度，L为介质长度。

4.如权利要求1所述的，其特征在于，所述介质为磁光玻璃。

5.一种合成激光的偏振态检验及纠正装置，其特征在于，包括若干检验纠正单元及与所述检验纠正单元均通讯连接的计算控制单元，所述检验纠正单元的数量与多路激光的数量相同，且每个检验纠正单元均与一路激光同轴；

所述检验纠正单元包括依次排列的：

第一调整部，设置于光路中靠近激光光源的一端，所述第一调整部用于测试偏振态不一致的所述激光的偏离程度；

分光部，设置于所述第一调整部远离所述激光光源的一端，所述分光部用于将所述激光进行分解，获得S线偏振光与P线偏振光；

介质部，设置于所述第一调整部与所述分光部之间；

磁场部，围绕所述介质部的周向设置，所述磁场部用于在平行于偏振态不一致的所述激光的光路上添加磁场进行偏离纠正；

探测部，包括第一探测器与第二探测器，分别设置于所述S线偏振光与所述P线偏振光的光路，所述第一探测器与所述第二探测器分别用于记录所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值；

所述计算控制部，与各所述检验纠正单元的所述第一调整部、所述磁场部及所述探测部均通信连接，所述计算控制部用于记录各路所述S线偏振光与所述P线偏振光的光强值，计算各路所述激光的消光比值，记录偏振态不一致的所述激光的偏离程度，基于所述偏离程度，计算磁场强度，并控制所述磁场部产生磁场进行偏离纠正。

6.如权利要求5所述的合成激光的偏振态检验及纠正装置，其特征在于，所述第一调整部为半波片，所述半波片可绕所述激光光源的轴向进行转动。

7.如权利要求6所述的合成激光的偏振态检验及纠正装置，其特征在于，所述计算控制部还用于，使用如下的公式1计算所要添加的磁场强度B：

其中，V为费尔德常数，θ为半波片旋转角度，L为介质长度。

8.如权利要求1所述的合成激光的偏振态检验及纠正装置，其特征在于，所述介质部为磁光玻璃。