CN205159785U - 一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，包括具有克尔效应和空间电荷效应的电光晶体；驱动电路；至少2个激光器，所述激光器的输出口与电光晶体的入射面相对，在出射面上的出射位置为同一点，出射的脉冲激光传输方向相同，所述入射面和所述出射面均与电极板垂直；同步机，所述驱动电路和全部的激光器均与同步机相连接；本实用新型利用电光晶体的克尔效应和空间电荷效应，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

一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置

技术领域

本实用新型涉及高功率激光器领域，具体涉及一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置。

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渐变折射率电光晶体的激光合束装置，本实用新型利用电光晶体的克尔效应和空间电荷效应，通过驱动电路对电光晶体施加电压，使电光晶体内的折射率为逐渐变化的，将电光晶体、驱动电路、同步机和激光器相互配合，将多路脉冲激光合束为一路脉冲激光，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：

一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，包括：

具有克尔效应和空间电荷效应的电光晶体；

驱动电路，所述驱动电路的2个电极板分别与电光晶体的2个平行的底面相配合；

至少2个激光器，所述激光器的输出口与电光晶体的入射面相对，激光器输出的脉冲激光在入射面上的入射位置排列为一条直线，在出射面上的出射位置为同一点，出射的脉冲激光传输方向相同，所述入射面和所述出射面均与电极板垂直；

同步机，所述驱动电路和全部的激光器分别与同步机相连接。

进一步，所述电光晶体为铌钽酸钾晶体。

进一步，其中1个激光器输出的脉冲激光垂直于入射面。

进一步，相邻的激光器前后错位排列。

本实用新型的有益效果如下：

1、将电光晶体、驱动电路与同步机相结合，巧妙逆向利用电光晶体的电光效应、空间电荷效应和脉冲激光的特点，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；

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、通过本实用新型的合束装置可实现多路脉冲激光的合束，如需要更高重复频率的脉冲激光，将本实用新型的合束装置进行多级串联即可实现；

4、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为本实用新型的合束装置整体结构示意图；

图2为本实用新型的合束前后脉冲激光示意图。

图中：1—电光晶体，2—驱动电路，21—电极板，22—电极板，31—激光器，32—激光器，33—激光器，310—脉冲激光，320—脉冲激光，330—脉冲激光，4—同步机，5—激光准直元件，6—合束脉冲激光。

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，一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，包括：电光晶体1、驱动电路2、3个激光器、同步机4和激光准直元件5。

本实用新型中，电光晶体1具有克尔效应和空间电荷效应，所述电光晶体1为铌钽酸钾晶体。克尔效应是指与电场二次方成正比的电感应双折射现象，空间电荷是存在于半导体内部局部区域的剩余电荷。由于克尔效应的存在，在电光晶体1两平行的底面施加电压时，会在电光晶体1内部产生均匀的电场，并且电光晶体1对脉冲激光的折射率根据施加电压的不同而不同，又由于电光晶体1内存在空间电荷，从而抵消掉部分的外加电场，造成电光晶体1内部电场在各处不是完全相同的，而是逐渐变化的，折射率也是逐渐变化的，当有脉冲激光经过该电光晶体1时，脉冲激光传输的路径就会逐渐偏转，通过控制施加的电压大小和入射激光的入射位置，就可以得到由同一点同方向出射的脉冲激光，即达到合束的目的。

所述驱动电路2的电极板21和电极板22分别与电光晶体1的2个平行的底面相配合，电极板21和电极板22的形状和尺寸与电光晶体1底面的形状和尺寸相同，如此便可在电光晶体1内部形成逐渐变化的电场，进而产生逐渐变化的折射率，而不是突变的折射率，便于计算需要施加的电压和入射位置；

3个激光器，分别是激光器31、激光器32和激光器33，激光器的个数根据需要确定，激光器31、激光器32和激光器33的输出口均与电光晶体1的入射面相对，激光器31输出的脉冲激光310、激光器32输出的脉冲激光320和激光器33输出的脉冲激光330在入射面上的入射位置排列为一条直线，经过电光晶体1的渐变折射率的作用，3路脉冲激光趋近于同一光路，并在出射面上的同一点出射，出射的脉冲激光传输方向相同，所述入射面和所述出射面均与电极板21和电极板22垂直，这样才能得到在脉冲激光320和脉冲激光330传输方向上渐变的折射率，使脉冲激光320和脉冲激光330的传输路径逐渐发生偏转，并保证最终脉冲激光320和脉冲激光330均与脉冲激光310同光路传输；激光器31输出的脉冲激光310垂直于入射面，该路光束垂直入射并透过电光晶体1，在该脉冲激光310经过电光晶体1时，驱动电路2不需对电光晶体1施加电压，由于偏转角度越大，对电光晶体1施加的电压也越大，因此，若有更多激光器的情况下，其余的激光器可对称排布于激光器31的两侧，相邻的激光器前后错位排列(相对靠近电光晶体1的位置为前)，使用相同尺寸的电光晶体1便可将更多路的脉冲激光合束，以降低施加电压的数值，提高安全性，节约资源。激光器31、激光器32和激光器33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。

所述驱动电路2和全部的激光器均与同步机4相连接，激光器31、激光器32和激光器33输出脉冲激光的时刻全部由同步机4控制，驱动电路2施加电压的时刻和电压大小也由同步机4控制，只由一台同步机4控制不仅简化了合束装置，同时避免不同同步机间的时间差，提高对合束装置控制的精准度；

激光准直元件5位于出射面的一侧，垂直于出射的脉冲激光，用于减小合束脉冲激光6的发散角，得到直线传输的合束脉冲激光6。

一种利用如上述的基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置的合束方法，包括以下步骤：

(1)激光器31、激光器32和激光器33的输出口均与电光晶体1的入射面相对，输出的脉冲激光310、脉冲激光320和脉冲激光330在入射面上的入射位置排列为一条直线，并且该直线平行于电场方向，激光器31、激光器32和激光器33均由同步机4控制，在不同的时刻重复输出脉冲激光；

(2)脉冲激光310、脉冲激光320和脉冲激光330在不同的时刻通过电光晶体1，当由激光器31输出的脉冲激光310入射到电光晶体1的入射面时，同步机4控制驱动电路2对电光晶体1施加的电压为零，当由激光器32输出的脉冲激光320入射到电光晶体1的入射面时，同步机4控制驱动电路2对电光晶体1施加较低的电压，当由激光器33输出的脉冲激光330入射到电光晶体1的入射面时，同步机4控制驱动电路2对电光晶体1施加较高的电压，对电光晶体1施加不同的电压，使各脉冲激光在经过电光晶体1时具有不同的传输路径；

脉冲激光310、脉冲激光320和脉冲激光330均为重复频率的脉冲激光，上述步骤仅描述了各个脉冲激光其中一个脉冲的合束过程，对于其余脉冲，只需重复上述步骤即可实现合束，快速有效的提高重复频率和平均功率；

(3)所述脉冲激光310、脉冲激光320和脉冲激光330在不同时刻由电光晶体1的出射面出射，并且出射位置为同一点，出射后3路脉冲激光的传输方向相同，出射后经过激光准直元件，得到合束脉冲激光6。通过同步机4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6。

将电光晶体1、驱动电路2与同步机4相结合，巧妙逆向利用电光晶体1的电光效应、空间电荷效应和脉冲激光的特点，将多路脉冲激光合束成一路脉冲激光，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。

如图2所示，激光器31输出矩形的脉冲激光310，激光器32输出三角形的脉冲激光320，激光器33输出矩形的脉冲激光330，经过合束后，即可得到合束脉冲激光6。若需要更多路脉冲激光合束，可将本实用新型的合束装置进行多级串联，即将合束脉冲激光6再次作为入射脉冲激光，入射到下一级电光晶体上。

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)

1.一种基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，其特征在于，包括：

具有克尔效应和空间电荷效应的电光晶体；

驱动电路，所述驱动电路的2个电极板分别与所述电光晶体的2个平行的底面相配合；

至少2个激光器，所述激光器的输出口与所述电光晶体的入射面相对，激光器输出的脉冲激光在入射面上的入射位置排列为一条直线，在出射面上的出射位置为同一点，出射的脉冲激光传输方向相同，所述入射面和所述出射面均与电极板垂直；

同步机，所述驱动电路和全部的激光器分别与所述同步机相连接。

2.根据权利要求1所述的基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，其特征在于，所述电光晶体为铌钽酸钾晶体。

3.根据权利要求2所述的基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，其特征在于，其中1个所述激光器输出的脉冲激光垂直于入射面。

4.根据权利要求3所述的基于渐变折射率电光晶体的激光合束装置，其特征在于，相邻的所述激光器前后错位排列。