CN205159769U - 一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，包括：2ⁿ个激光器、n个偏振合束器、n个电光晶体、n个电光晶体驱动电路和同步机，其中n为≥2的正整数，同步机与所述激光器、电光晶体驱动电路相连接，将多束脉冲激光的脉冲时序相互错开，在进行合束时，将偏振方向相互垂直的脉冲激光两两合束，合束后再通过电光晶体调节其中一束脉冲的偏振方向，使合束脉冲激光具有相同的偏振方向，然后再次合束，多级合束后，得到最终合束激光，本实用新型巧妙利用电光晶体、电光晶体驱动电路、偏振合束器、同步机和脉冲激光的特点，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率。

Description

一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置

技术领域

本实用新型涉及高功率激光器领域，具体涉及一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置。

背景技术

随着激光技术的不断发展和成熟，高功率激光具有越来越广泛的应用，深刻地影响了多个行业的发展。按工作方式划分高功率激光主要分为高峰值功率激光(即高能脉冲激光)和高平均功率激光。

对于高能脉冲激光，在多种应用领域要求激光具有一定的重复频率。然而直接提高高能脉冲激光器运行的重复频率，将会产生严重的热效应，从而影响激光器的性能，甚至导致激光器输出脉冲能量下降或者不能工作。对于高平均功率激光，应用需求对激光输出功率不断提出更高要求，而单路激光功率提升有限，难以实现较高的平均输出功率。

因此，无论是对于高能脉冲激光还是对于高平均功率激光，提高脉冲激光的重复频率都是亟需解决的问题。

实用新型内容

针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型人认为应该通过脉冲激光合束解决该问题，对于高能脉冲激光，时序合束能够提高激光脉冲输出的重复频率，对于高平均功率激光，时序合束能够提高输出激光的平均功率。本实用新型提供一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，本实用新型巧妙利用电光晶体、电光晶体驱动电路、偏振合束器、同步机和脉冲激光的特点，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，包括：

2ⁿ个激光器，分别为第一激光器、第二激光器···第2ⁿ激光器，其中n为≥2的正整数；

n个偏振合束器，分别为第一偏振合束器、第二偏振合束器···第n偏振合束器；

n个电光晶体，分别为第一电光晶体、第二电光晶体···第n电光晶体；

n个电光晶体驱动电路，分别为第一电光晶体驱动电路、第二电光晶体驱动电路···第n电光晶体驱动电路，每一个所述电光晶体驱动电路均与一个所述电光晶体连接；

同步机，与所述激光器和电光晶体驱动电路相连接；

所述激光器的输出口朝向所述偏振合束器，所述偏振合束器和电光晶体沿脉冲激光传播方向依次排列为：第一偏振合束器、第一电光晶体、第二偏振合束器、第二电光晶体···第n偏振合束器、第n电光晶体。

进一步，所述第一偏振合束器包括2^m个分偏振合束器，m为正整数，所述分偏振合束器排列为一条直线，所述分偏振合束器对称排列。

进一步，所述第一电光晶体包括2^m个分电光晶体，所述第一电光晶体驱动电路包括2^m个分电光晶体驱动电路，每一个所述分电光晶体均与一个所述分电光晶体驱动电路连接，所述分电光晶体驱动电路均与所述同步机连接。

进一步，所述偏振合束器为双折射晶体、薄膜偏振片、偏振合束片或玻璃堆。

本实用新型的有益效果如下：

(1)将电光晶体、电光晶体驱动电路、激光器与同步机相结合，将偏振合束器的性质、电光晶体的性质和脉冲激光的特点相互配合，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率；

(2)通过同步机对多路脉冲激光时序上的控制，可以得到脉冲间隔时间相同或不同的合束脉冲激光；

(3)采用多个激光器、偏振合束器、电光晶体和电光晶体驱动电路，实现合束装置的串联，达到多级合束的目的；

(4)偏振合束器采用多个分偏振合束器，电光晶体采用多个分电光晶体，便于激光器的二维空间排布，大大减小偏振合束器的厚度和单个面积，减小电光晶体的单个面积，降低成本；

(5)激光器输出的脉冲激光可以为重复运行的脉冲，也可以是单次脉冲，可以具有不同的脉冲形状、脉冲宽度、波长、光谱宽度、啁啾特性、幅度等特性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的合束装置的整体结构示意图；

图2为本实用新型合束前后的脉冲激光形状图；

图3为本实用新型实施例二的合束装置整体结构示意图。

图中：11—第一双折射晶体，12—第二双折射晶体，13—第三双折射晶体，21—第一电光晶体，22—第二电光晶体，23—第三电光晶体，31—第一声光晶体驱动电路，32—第二声光晶体驱动电路，33—第三声光晶体驱动电路，41—第一激光器，42—第二激光器，43—第三激光器，44—第四激光器，45—第五激光器，46—第六激光器，47—第七激光器，48—第八激光器，5—同步机，411—第一脉冲激光，421—第二脉冲激光，431—第三脉冲激光，441—第四脉冲激光，6—最终合束激光。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合本实用新型的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，沿脉冲激光传播方向依次包括：第一双折射晶体11、第一电光晶体21、第二双折射晶体12和第二电光晶体22，所述第一电光晶体21的光轴垂直于第一双折射晶体11的光轴与所述第一入射面法线所组成的平面，所述第一入射面为脉冲激光入射的第一双折射晶体11的一表面，所述第二电光晶体22的光轴垂直于第二双折射晶体12的光轴与第二入射面法线所组成的平面，所述第二入射面为平行于所述第一入射面的第二双折射晶体12一表面。本实施例中的双折射晶体还可以为薄膜偏振片、偏振合束片、玻璃堆或其他偏振合束器。合束装置还包括第一电光晶体驱动电路31、第二电光晶体驱动电路32、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44，第一电光晶体驱动电路31与所述第一电光晶体11连接，第二电光晶体驱动电路32与所述第二电光晶体12连接，所述第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44的激光输出口均垂直于所述第一双折射晶体11的第一入射面；所述第三激光器43与第一激光器41的距离为d₁·tanα，d₁为所述第一双折射晶体11的厚度，α为所述第一双折射晶体11对第三激光器43输出的第三脉冲激光431的折射角，所诉第三激光器43输出的第三脉冲激光431为非寻常光，所述第一激光器41输出的第一脉冲激光411为寻常光，本领域技术人员根据双折射晶体的性质，即可确定第三激光器43和第一激光器41的位置；所述第四激光器44与第二激光器42的距离为d₁·tanβ，β为所述第一双折射晶体11对第四激光器44输出的第四脉冲激光441的折射角，所诉第四激光器44输出的第四脉冲激光441为非寻常光，所述第二激光器42输出的第二脉冲激光421为寻常光，本领域技术人员根据双折射晶体的性质，即可确定第四激光器44和第二激光器42的位置；所述第一激光器41与所述第二激光器42的距离为d₂·tanθ，d₂为所述第二双折射晶体12的厚度，θ为所述第二双折射晶体12对第二合束激光的折射角，所述第二合束激光为所述第四脉冲激光与第二激光器42输出的第二脉冲激光合束后所得，本领域技术人员根据双折射晶体的性质，即可确定第一激光器41和第二激光器42的位置。

合束装置还包括同步机5，分别与所述第一电光晶体驱动电路31、第二电光晶体驱动电路32、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44连接。本实用新型将电光晶体、电光晶体驱动电路、激光器与同步机5相结合，将双折射晶体的性质、电光晶体的性质和脉冲激光的特点相配合，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率。

一种利用上述的脉冲激光合束装置的合束方法，包括以下步骤：

(1)所述第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44均由同步机5控制，使由第一激光器41输出的第一脉冲激光411、第二激光器42输出的第二脉冲激光421、第三激光器43输出的第三脉冲激光431和第四激光器44输出的第四脉冲激光441的脉冲在时间顺序上相互错开，并且均垂直入射到第一双折射晶体11的第一入射面，所述第一脉冲激光411和第二脉冲激光421为寻常光，透射后在第一双折射晶体的出射面出射，所述第三脉冲激光431和第四脉冲激光441为非寻常光，折射后在所述出射面出射，所述第一脉冲激光411和第三脉冲激光431的出射位置相同，合束为1束第一同光路激光，并且第一脉冲激光411和第三脉冲激光431的传播方向相同，所述第二脉冲激光421和第四脉冲激光441的出射位置相同，第二脉冲激光421和第四脉冲激光441的传播方向相同，合束为1束第一同光路激光，得到2束第一同光路激光；

(2)2束所述第一同光路激光依次透射过所述第一电光晶体21，由同步机5控制第一电光晶体驱动电路31，使所述第一同光路激光中的第一脉冲激光411(寻常光)和第四脉冲激光441(非寻常光)通过第一电光晶体21时，第一电光晶体驱动电路31不向第一电光晶体21加载电压，第二脉冲激光421(寻常光)和第三脉冲激光431(非寻常光)通过第一电光晶体21时，第一电光晶体驱动电路31向第一电光晶体21加载半波电压，使第二脉冲激光421的偏振方向偏转90°，该束第一同光路激光成为非寻常光，即该束第一同光路激光的偏振方向只有一种，得到1束第一合束激光；使第三脉冲激光431的偏振方向偏转90°，该束第一同光路激光成为寻常光，即该束第一同光路激光的偏振方向只有一种，得到另1束第一合束激光；

(3)2束所述第一合束激光垂直入射到第二双折射晶体12的第二入射面，然后由第二双折射晶体12的第二出射面出射，所述2束第一合束激光在所述第二出射面的出射位置相同，并且2束所述第一合束激光的传播方向相同，合束为1束，得到第二同光路激光；

另外，第一脉冲激光411、第二脉冲激光421、第三脉冲激光431和第四脉冲激光441均为重复频率的脉冲激光，上述描述中仅以各脉冲激光的其中1个脉冲为例，其余脉冲的合束只需重复上述合束步骤即可。

(4)所述第二同光路激光透射过所述第二电光晶体22，由同步机5控制第二电光晶体驱动电路32，使第二同光路激光的寻常光部分通过第二电光晶体22时，所述第二电光晶体驱动电路32不向第二电光晶体22加载电压，第二同光路激光的非寻常光部分通过第二电光晶体22时，所述第二电光晶体驱动电路32向第二电光晶体22加载半波电压，使非寻常光的偏振方向旋转90°，偏转为寻常光，偏转后，该束激光的脉冲偏振状态相同，得到最终合束激光6，为寻常光。

本实施例将如图2所示的不同脉冲形状的第一脉冲激光411、第二脉冲激光421、第三脉冲激光431、第四脉冲激光441最终合束为最终合束激光6，将脉冲的重复频率提高为原来的4倍，平均能量也增加4倍，通过同步机5对4路脉冲激光时序上的控制，可以得到脉冲间隔时间相同或不同的最终合束激光6。

图2也为简便起见，仅示意出了第一脉冲激光411、第二脉冲激光421、第三脉冲激光431和第四脉冲激光441的一个脉冲，得到重复频率和平均功率提高的最终合束激光6。

实施例二：

如图3所示，所述合束装置包括第一双折射晶体11、第一电光晶体21、第二双折射晶体12、第二电光晶体22、第一电光晶体驱动电路31、第二电光晶体驱动电路32、同步机5、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44，还包括1个第三双折射晶体13、1个第三电光晶体23、1个第三电光晶体驱动电路33、第五激光器45、第六激光器46、第七激光器47和第八激光器48。其余与实施例1相同的部分不再赘述，采用多个激光器、双折射晶体、电光晶体和电光晶体驱动电路，实现合束装置的串联，达到多级合束的目的。

本实施例中，所述第一双折射晶体11包括4个对称分布的分双折射晶体，第一电光晶体包括4个对称分布的分电光晶体，所述第二双折射晶体12包括2个对称分布的分双折射晶体，所述第二电光晶体22包括2个对称分布的分电光晶体，所述每一个分电光晶体均与电光晶体驱动电路连接(图中未全部画出)，所述电光晶体驱动电路均与所述同步机5相连接。采用多个分双折射晶体和分电光晶体，便于激光器的空间排布，大大减小双折射晶体的厚度和单个面积，减小单个电光晶体的面积，降低成本。

本实施例的合束方法与实施例一的类似，在此不赘述。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，其特征在于，包括：

2ⁿ个激光器，分别为第一激光器、第二激光器···第2ⁿ激光器，其中n为≥2的正整数；

n个偏振合束器，分别为第一偏振合束器、第二偏振合束器···第n偏振合束器；

n个电光晶体，分别为第一电光晶体、第二电光晶体···第n电光晶体；

n个电光晶体驱动电路，分别为第一电光晶体驱动电路、第二电光晶体驱动电路···第n电光晶体驱动电路，每一个所述电光晶体驱动电路均与一个所述电光晶体连接；

同步机，与所述激光器和电光晶体驱动电路相连接；

所述激光器的输出口朝向所述偏振合束器，偏振合束器和电光晶体沿脉冲激光传播方向依次排列为：第一偏振合束器、第一电光晶体、第二偏振合束器、第二电光晶体···第n偏振合束器、第n电光晶体。

2.根据权利要求1所述的基于电光晶体的脉冲激光合束装置，其特征在于，所述第一偏振合束器包括2^m个分偏振合束器，m为正整数，所述分偏振合束器排列为一条直线，所述分偏振合束器对称排列。

3.根据权利要求2所述的基于电光晶体的脉冲激光合束装置，其特征在于，所述第一电光晶体包括2^m个分电光晶体，所述第一电光晶体驱动电路包括2^m个分电光晶体驱动电路，每一个所述分电光晶体均与一个所述分电光晶体驱动电路连接，所述分电光晶体驱动电路均与所述同步机连接。

4.根据权利要求1-3任一所述的基于电光晶体的脉冲激光合束装置，其特征在于，所述偏振合束器为双折射晶体、薄膜偏振片、偏振合束片或玻璃堆。