CN118311783A - 一种同轴光束偏振的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种同轴光束偏振的控制方法，包括以下步骤：步骤S10，采用若干厚度为d的波片；所述波片厚度和数量根据同轴光束中包含的所有不同波长光波以及波片材料对所有波长激光的色散特性获得；步骤S20，将含有多种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射；步骤S30，将确定好厚度与数量的波片垂直波片光轴依次放置在传输光路里，如果需要调节某个波长光的偏振方向使之旋转θ，则安装该波长对应的波片，使光波的初始偏振方向与波片光轴呈θ/2夹角，光波通过波片后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。具有以下优点：基于选取几个厚度的波片并依次放置在光束传输光路中，可实现该同轴光束中不同波长光的线偏振方向的准确控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种同轴光束偏振控制技术，特别是指同轴光束中包含多种不同波长线偏振光的偏振控制方法，属于光学技术和应用领域。
背景技术
在一束同轴激光光束中，包含了不同偏振方向的不同波长的线偏振光，如果在光束传输过程中，能够准确的改变和控制该光束中某些波长光波的偏振方向，在激光光学技术和应用中具有非常重要的意义。例如，在激光非线性频率变换产生参量激光的过程中，输出的激光束将同时包含了不同偏振方向的三个波长的激光，即泵浦光、信号光和闲频光，一般情况下，如果想要改变这个同轴激光束某个波长光的偏振方向，则需要先经过分束镜，把该波长的光单独分离出来，然后经过波片或旋光器等调节偏振的元件，获得所需要偏振方向后，再经过反射镜和合束器，把该波长的光与原分离光束进行合束后传输使用，该路线技术复杂，使用的光学元件多，成本高，稳定性差。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种同轴光束偏振的控制方法，在激光束传输中，采用本发明方法可以准确调节光束中所有目标波长激光的偏振角度，控制偏振方向达到目的需求，在多波长激光束的泵浦探测分析、激光成像、激光传输和科研等领域具有重要的应用。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种同轴光束偏振的控制方法，包括以下步骤：
步骤S10，采用若干厚度为d的波片；
所述波片厚度和数量根据同轴光束中包含的所有不同波长光波以及波片材料对所有波长激光的色散特性获得；
步骤S20，将含有多种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射；
步骤S30，将确定好厚度与数量的波片垂直波片光轴依次放置在传输光路里，如果需要调节某个波长光的偏振方向使之旋转θ，则安装该波长对应的波片，使光波的初始偏振方向与波片光轴呈θ/2夹角，光波通过波片后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。
进一步的，所述波片的材料是石英、偏硼酸钡BBO双折射晶体，不同偏振态的不同波长的光波通过波片时，将沿原方向传播两束偏振光分别为o光和e光，相应的折射率分别为no和ne。
进一步的，所述波片的两个通光表面镀制有同轴光束中所包含所有波长光的高增透介质膜。
进一步的，所述波片的数量是由需要调节偏振的不同波长光波的数量确定,调节几个波长光波的偏振方向，则需要几个波片。
进一步的，所述波片的厚度d确认包括以下步骤：
一束同轴光束中包含有波长分别为：λi、λ1、λ2…λx的线偏振光，当调节波长λi的偏振方向时，则选取的波片的厚度同时分别等于同轴光束中所有不需要改变偏振方向的各个光波波长的整数倍以及要调节偏振方向的光波波长λi的(m-1/2)倍，选取n倍不需要调节偏振方向的波长和(m-1/2)倍要调节偏振方向的波长λi，即：
d＝(m-1/2)λi/|no(λi)-ne(λi)＝n1λ1/|no(λ1)-ne(λ1)|＝n2λ2/|no(λ1)-ne(λ1)＝......＝nxλx/|no(λx)-ne(λx)|，m、n1、n2、n3……nx为波片级数，均为正整数从而可确定波片厚度d。
进一步的，所述同轴光束I1包括：连续波激光、长脉冲激光、短脉冲激光、超快脉冲激光中任意一种或者两种及以上集合。
进一步的，所述同轴光束中包含的光波的波长可以是任意的，除却其中两个波长之间满足偶数倍关系。
进一步的，所述同轴光束包含的光波是线偏振光，所述同轴光束包含的线偏振光的偏振方向可以是任意的。
进一步的，所述同轴光束I1从波片的中心通过。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明基于选取几个厚度的波片并依次放置在光束传输光路中，可实现该同轴光束中不同波长光的线偏振方向的准确控制。同轴光束经过波片后，其中某个波长的线偏振光通过对应厚度的波片，即可以准确调节该波长偏振光的偏振方向，而对其他光波的偏振方向没有影响。这种方法不仅可以准确保证偏振控制，更重要的是避免了需要先将同轴光束中不同波长线偏振光分束，然后分别控制改变其偏振方向后，再进行合束的操作复杂的问题，对光信号的传输质量、成像质量、提高固体激光倍频效率等具有十分重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明所述的偏振控制流程图；
图2为本发明所述的波片厚度选取的原理图；
图中，该装置在沿同轴光束传播方向依次包括：入射光束I1、波片1、偏振控制后的光束I12；
图3为示例1中两种波长的同轴光束，调节一种波长的偏振方向使同轴光束偏振方向相同的偏振控制原理框图；
图中，在沿同轴光束传播方向依次包括：同轴光束I1、波片M1、波片材料为偏硼酸钡晶体、偏振控制后的光束I12，其中同轴光束I1包含两种波长λ1＝532nm、λ2＝355nm、波长为λ2的偏振方向与λ1偏振方向的夹角为θ。
图4为示例2中两种波长的同轴光束，调节两种波长的偏振方向使同轴光束偏振方向均为竖直方向的偏振控制原理框图；
图中，该装置在沿同轴光束传播方向依次包括：同轴光束I1、波片M1、波片M2、波片材料为偏硼酸钡晶体，偏振控制后的光束I12，其中同轴光束I1包含两种波长λ1＝532nm、λ2＝355nm波长为λ1、λ2的偏振方向均分别与竖直方向的夹角为40°、90°。
具体实施方式
实施例，如图1和图2所示，一种同轴光束偏振的控制方法，包括以下步骤：
步骤S10，采用若干厚度为d的波片1；
所述波片1厚度和数量根据同轴光束中包含的所有不同波长光波以及波片材料对所有波长激光的色散特性获得。
所述波片1的材料可以是石英、偏硼酸钡BBO等双折射晶体，不同偏振态的不同波长的光波通过波片时，一束正入射的光波进入波片后，将沿原方向传播两束偏振光分别为o光和e光，相应的折射率分别为no和ne。
所述波片1的两个通光表面镀制有同轴光束中所包含所有波长光的高增透介质膜，高增透介质膜用于提高光束的透过率。
所述波片1的数量是由需要调节偏振的不同波长光波的数量确定,调节几个波长光波的偏振方向，则需要几个波片1。
所述波片1的厚度d确认：假设一束同轴光束中包含有波长分别为：λi、λ1、λ2…λx的线偏振光，当调节波长λi的偏振方向时，则选取的波片的厚度同时分别等于同轴光束中所有不需要改变偏振方向的各个光波波长的整数倍以及要调节偏振方向的光波波长λi的(m-1/2)倍，选取n倍不需要调节偏振方向的波长和(m-1/2)倍要调节偏振方向的波长λi，即：d＝(m-1/2)λi/|no(λi)-ne(λi)|＝n1λ1/no(λ1)-ne(λ1)|＝n2λ2/|no(λ1)-ne(λ1)|＝......＝nxλx/|no(λx)-ne(λx)|，m、n1、n2、n3……nx为波片级数，取几就为几级波片，均为正整数从而可确定波片厚度d。
步骤S20，将含有多种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射。
所述同轴光束I1包括：连续波激光、长脉冲激光、短脉冲激光、超快脉冲激光中任意一种或者两种及以上集合。
所述同轴光束中包含的光波的波长可以是任意的，除却：其中两个波长之间满足偶数倍关系。若两个波长之间满足偶数倍关系时，为小波长的半波片时必然也是大波长(小波长偶数倍)的半波片；同理为小波长的全波片必然也是大波长的全波片，所以只能同时调节不能分别控制，所以两个波长之间不能呈偶数倍关系。
所述同轴光束包含的光波是线偏振光。
所述同轴光束包含的线偏振光的偏振方向可以是任意的。
步骤S30，将确定好厚度与数量的波片1垂直波片光轴依次放置在传输光路里，波片光轴即图中Z轴，如果需要调节某个波长光的偏振方向使之旋转θ(θ不等于0°和180°)，则安装该波长对应的波片，使该光波的初始偏振方向与波片光轴呈θ/2夹角即可，光波通过波片后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。
假定有一束线偏振光垂直入射到半波片上，偏振方向与波片的快轴成夹角θ。首先，把入射的光按偏振方向沿波片的快轴和慢轴方向进行分解。光在传播过程中，沿快轴和慢轴的偏振部分经历不同的折射率和相位延迟。在穿过某个特定厚度后，二者相位差达到T，也就是半个周期。当沿快轴偏振的光在经历波长的整数倍后再次达到向上大，而沿慢轴偏振的光因相位延迟，电矢量则指向相反方向。二者合并后的终效果是，光的偏振方向相对于入射时旋转了2θ，所以如果要旋转θ则需要使初始偏振与波片光轴呈θ/2。
所述同轴光束I1从波片的中心通过。
通过旋转控制波片光轴与光波偏振方向的夹角大小，可以使光波的偏振方向旋转至任意的角度。
示例1，如图3所示，I1-含有两种波长的同轴光束；λ1-532nm波长；λ2-355nm波长；M1-厚度为d的波片。波长为λ2的偏振方向与λ1偏振方向的夹角为θ(θ不等于0°和180°)；该种装置实现了含有两种波长的同轴光束的偏振控制。
本发明的同轴光束的偏振控制方法及装置，包括，厚度为d的波片M、同轴光束I1与以下三个步骤：
步骤S10，根据同轴光束中包含的所有不同波长光波以及波片材料对上述所有波长激光的色散特性，获得波片厚度和数量。
所述的波片M材料为偏硼酸钡，对应的折射率no(λ1)-ne(λ1)＝0.120；no(λ2)-ne(λ2)＝0.129。
所述波片M1的两个通光表面镀制有波长为532nm、355nm光的高增透介质膜。
调节一个波长光波的偏振方向，则需要一个波片M。
所述波片M的厚度确认：控制λ2的偏振方向,选取n倍λ1和(m-1/2)倍λ2，m、n为波片的级数m、n＝1,2,3,……，使d＝nλ1/|no(λ1)-ne(λ1)|＝(m-1/2)λ2/|no(λ2)-ne(λ2)|＝7869167nm从而确定波片厚度d＝7.869167mm。
步骤S20，将含有多种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射。
所述的同轴光束I1包括：λ1-532nm波长；λ2-355nm波长。
所述光束包含的光波是线偏振光。
所述光束包含的线偏振光的波长为λ2的偏振方向与波长为λ1偏振方向的夹角为θ。
将波片M垂直波片光轴依次放置在传输光路里。调节波长为λ2的偏振方向使之旋转θ，安装该波长对应的波片M，使波片M的光轴与λ2初始偏振方向呈θ/2夹角，光波通过装置后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。
同轴光束I1从波片的中心通过。
通过旋转控制波片光轴与光波偏振方向的夹角大小，可以使光波的偏振方向旋转至任意的角度。
两种波长的同轴光束调节一种波长的偏振方向使同轴光束偏振方向相同的同轴光束偏振控制装置包括以下步骤：
首先根据同轴光束的波长与偏振方向确定波片的材料、厚度和数量。
确定波片M的材料为偏硼酸钡，对应的折射率no(λ1)-ne(λ1)＝0.120；no(λ2)-ne(λ2)＝0.129。波片M的通光表面镀制有波长为532nm、355nm光的高增透介质膜。
调节一个波长光波的偏振方向，则需要一个波片M。
波片M的厚度确认：控制λ2的偏振方向,选取n倍λ1和(m-1/2)倍λ2，m、n为波片的级数m、n＝1,2,3,……，
使d＝nλ1/|no(λ1)-ne(λ1)|＝(m-1/2)λ2/|no(λ2)-ne(λ2)|＝7869167nm从而确定波片厚度d＝7.869167mm。将含有三种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射，形成光路。
将波片M垂直波片光轴依次放置在传输光路里。调节波长为λ2的偏振方向使之旋转θ，安装该波长对应的波片M，使波片M的光轴与λ2初始偏振方向呈θ/2夹角，光波通过装置后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。
两种波长的同轴光束，调节两种波长的偏振方向使同轴光束偏振方向均为竖直方向的偏振控制装置，避免了需要先将同轴光束中不同波长线偏振光分束，然后分别控制改变其偏振方向后，再进行合束的操作复杂的问题。
示例2，如图4所示，I1-输出光束含有两种波长的同轴光束；λ1-532nm波长；λ2-335nm波长；M1-厚度为d1的波片；M2-厚度为d2的波片。波长为λ1、λ2的偏振方向与竖直方向的夹角分别为40°、90°；该种装置实现了含有两种波长的同轴光束的偏振控制。
本发明的同轴光束的偏振控制方法及装置，包括，厚度为d1的波片M1、厚度为d2的波片M2、同轴光束I1与以下三个步骤：
步骤S10，根据同轴光束中包含的所有不同波长光波以及波片材料对上述所有波长激光的色散特性，获得波片厚度和数量。
所述的波片M1、M2材料为偏硼酸钡，对应的折射率no(λ1)-ne(λ1)＝0.120；no(λ2)-ne(λ2)＝0.129。
进一步的，所述波片M1、M2的两个通光表面镀制有波长为532nm、335nm光的高增透介质膜。
进一步的，调节两个波长光波的偏振方向，则需要两个波片M1、M2。
进一步的，所述波片M1、M2的厚度确认：控制λ1的偏振方向,选取(m-1/2)倍λ1和n倍λ2，m、n为波片的级数m、n＝1,2,3,……，使d1＝(m-1/2)λ1/|no(λ1)-ne(λ1)|＝nλ2/|no(λ2)-ne(λ2)|＝15738333nm从而确定波片厚度d1＝15.738333mm；控制λ2的偏振方向,选取n倍λ1和(m-1/2)倍λ2，m、n为波片的级数m、n＝1,2,3,……，使d2＝nλ1/|no(λ3)-ne(λ3)|＝(m-1/2)λ2/|no(λ3)-ne(λ3)|＝7869167nm从而确定波片厚度d2＝7.869167mm
步骤S20，将含有多种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射。
所述的同轴光束I1包括：λ1-355nm波长；λ2-532nm波长。
所述光束包含的光波是线偏振光。
所述光束包含的线偏振光的波长为λ1、λ2的偏振方向与竖直方向的夹角均分别为40°、90°。
步骤S30，将波片M1、M2垂直波片光轴依次放置在传输光路里。调节波长为λ1、λ2的偏振方向使之分别旋转40°、90°，安装该波长对应的波片M1、M2，使波片M1、M2的光轴分别与λ1、λ2初始偏振方向呈20°、45°夹角，光波通过装置后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。
同轴光束I1从波片的中心通过。
通过旋转控制波片光轴与光波偏振方向的夹角大小，可以使光波的偏振方向旋转至任意的角度。
本发明解决了需要先将同轴光束中不同波长线偏振光分束，然后分别控制改变其偏振方向后，再进行合束的操作复杂的问题。
本发明充分利用波片的相位延迟的原理用一个固定厚度的波片实现了同轴光束的不同波长的偏振的准确控制。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
Claims (10)
1.一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S10，采用若干厚度为d的波片(1)；
所述波片(1)厚度和数量根据同轴光束中包含的所有不同波长光波以及波片材料对所有波长激光的色散特性获得；
步骤S20，将含有多种波长的同轴光束I1沿波片光轴入射；
步骤S30，将确定好厚度与数量的波片(1)垂直波片光轴依次放置在传输光路里，如果需要调节某个波长光的偏振方向使之旋转θ，则安装该波长对应的波片，使光波的初始偏振方向与波片光轴呈θ/2夹角，光波通过波片后，可得到偏振方向达到使用需求的同轴光束。
2.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述波片(1)的材料是石英、偏硼酸钡BBO双折射晶体，不同偏振态的不同波长的光波通过波片时，将沿原方向传播两束偏振光分别为o光和e光，相应的折射率分别为no和ne。
3.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述波片(1)的两个通光表面镀制有同轴光束中所包含所有波长光的高增透介质膜。
4.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述波片(1)的数量是由需要调节偏振的不同波长光波的数量确定,调节几个波长光波的偏振方向，则需要几个波片。
5.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述波片(1)的厚度d确认包括以下步骤：
一束同轴光束中包含有波长分别为：λi、λ1、λ2…λx的线偏振光，当调节波长λi的偏振方向时，则选取的波片的厚度同时分别等于同轴光束中所有不需要改变偏振方向的各个光波波长的整数倍以及要调节偏振方向的光波波长λi的(m-1/2)倍，选取n倍不需要调节偏振方向的波长和(m-1/2)倍要调节偏振方向的波长λi，即：
d＝(m-1/2)λi/|no(λi)-ne(λi)|＝n1λ1/|no(λ1)-ne(λ1)|＝n2λ2/|no(λ1)-ne(λ1)|＝......＝nxλx/|no(λx)-ne(λx)|，m、n1、n2、n3……nx为波片级数，均为正整数从而可确定波片厚度d。
6.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述同轴光束I1包括：连续波激光、长脉冲激光、短脉冲激光、超快脉冲激光中任意一种或者两种及以上集合。
7.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述同轴光束中包含的光波的波长可以是任意的，除却其中两个波长之间满足偶数倍关系。
8.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述同轴光束包含的光波是线偏振光，所述同轴光束包含的线偏振光的偏振方向可以是任意的。
9.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述同轴光束I1从波片的中心通过。
10.如权利要求1所述的一种同轴光束偏振的控制方法，其特征在于：所述步骤S30中旋转θ不等于0°和180°。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication |