CN220122324U - 一种激光装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种激光装置，包括：泵浦模块、第一半波片、第二半波片、第三半波片、偏振分光器件、第一光学腔体、第二光学腔体和调节装置；泵浦模块输出泵浦光；第一半波片设置于泵浦模块和偏振分光器件之间，对泵浦光的偏振方向进行调整；偏振分光器件将对入射的泵浦光分成水平方向出射的P偏振光和垂直方向出射的S偏振光；P偏振光经过第二半波片进入第一光学腔体，S偏振光经过第三半波片进入第二光学腔体；调节装置调节第一半波片，以调节P偏振光和S偏振光的比例，以对两腔体泵浦功率占比进行调节，本公开利用同一泵浦源实现对不同光学腔体的泵浦，泵浦功率比例可根据需要进行不同比例的实时调节，可以极大地节约成本，提升能量利用率。
Description
技术领域
本公开涉及激光器技术领域，具体涉及一种激光装置。
背景技术
自世界上首台红宝石激光器问世以来，全固态激光器凭借其出众的性能开始进入人们的视野。以激光二极管作为泵浦源的全固态激光器具有转化效率高、整体结构紧凑、长期稳定性好、使用寿命长、输出功率高、光束质量好等特点，同时也存在热效应严重等各类问题。
激光腔有时会出现输出激光功率不随泵浦光增大而继续增大的现象，造成这种现象的原因有很多，包括增益饱和效应、热效应等导致系统不稳定的因素。例如，现有的主振荡功率放大激光系统中，各增益腔体一般都是采用单独的泵浦源进行泵浦的，如果前置激光腔的泵浦功率过大，有可能会因为增益饱和效应、热效应等影响，出现输出激光功率不随泵浦光增大而继续增大的现象，此时继续增大泵浦功率不仅对输出激光功率的增大没有任何意义，而且可能会烧坏器件。因此，如何更好地利用泵浦源是本领域亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本公开的目的是提供一种激光装置，以实现同一泵浦源同时对不同光学腔体的泵浦。
本公开实施例提供一种激光装置，包括：
泵浦模块、第一半波片、第二半波片、第三半波片、偏振分光器件、第一光学腔体、第二光学腔体和调节装置；
所述泵浦模块，用于输出泵浦光，泵浦方式为端面泵浦；
所述第一半波片，设置于所述泵浦模块和所述偏振分光器件之间，用于对所述泵浦模块输出的泵浦光的偏振方向进行调整；
所述偏振分光器件，用于将对入射的泵浦光分成水平方向出射的P偏振光和垂直方向出射的S偏振光；所述P偏振光进入第一光学腔体，所述S偏振光进入第二光学腔体；
所述第二半波片，设置在所述偏振分光器件与所述第一光学腔体之间，所述P偏振光经过第二半波片的调整后进入第一光学腔体；
所述第三半波片，设置在所述偏振分光器件与所述第二光学腔体之间，所述S偏振光经过第三半波片的调整后进入第二光学腔体；
所述调节装置，用于调节所述第一半波片，以调节经所述偏振分光器件输出的P偏振光和S偏振光的比例，以对所述第一光学腔体和所述第二光学腔体的偏振泵浦功率占比进行调节。
在一种可能的实现方式中，所述激光系统还包括：设置在所述偏振分光棱镜与所述第三半波片之间的反射镜；
所述反射镜，用于调整所述S偏振光的出光方向至所述第三半波片。
在一种可能的实现方式中，所述激光系统还包括：设置在所述泵浦模块与所述第一半波片之间的准直镜；
所述准直镜，用于对泵浦光进行准直输出。
在一种可能的实现方式中，所述偏振分光器件设置为偏振分光棱镜或偏振分光片。
在一种可能的实现方式中，所述第一光学腔体设置为激光谐振腔，所述第二光学腔体设置为激光放大腔。
在一种可能的实现方式中，所述第一光学腔体和第二光学腔体均设置为激光谐振腔。
本公开与现有技术相比的优点在于：
本公开提供的激光装置，包括：泵浦模块、第一半波片、偏振分光器件、第一光学腔体、第二光学腔体和调节装置；所述泵浦模块输出泵浦光，泵浦方式为端面泵浦；所述第一半波片设置于所述泵浦模块和所述偏振分光器件之间，对所述泵浦模块输出的泵浦光的偏振方向进行调整；所述偏振分光器件将对入射的泵浦光分成水平方向出射的P偏振光和垂直方向出射的S偏振光；所述P偏振光经过第二半波片进入第一光学腔体，所述S偏振光经过第三半波片进入第二光学腔体；所述调节装置调节所述第一半波片，以调节经所述偏振分光器件输出的P偏振光和S偏振光的比例，以对所述第一光学腔体和所述第二光学腔体的偏振泵浦功率占比进行调节，相较于现有技术，本公开可以利用同一泵浦源同时实现对不同光学腔体的泵浦，且泵浦功率比例可根据实际需要进行不同比例的实时调节，可以极大地节约成本，提升能量利用率。
附图说明
通过阅读下文优选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，而并不认为是对本公开的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1示出了本公开所提供的一种激光装置的示意图；
图2示出了本公开所提供的另一种激光装置的示意图；
图3示出了本公开提供的一种具体的激光装置的示意图；
图4示出了本公开提供的另一种具体的激光装置的示意图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。
本公开实施例提供一种激光装置，下面结合附图进行说明。
图1示出了本公开所提供的一种激光装置的示意图，如图1所示，本公开提供的上述激光系统，包括：泵浦模块100、第一半波片210、偏振分光器件300、第一光学腔体410、第二光学腔体420和调节装置(未示出)。
泵浦模块100用于输出泵浦光，泵浦模块100可以为线偏振光源或部分偏振占优势的光源，具体可以是半导体激光器或固体激光器，输出波长可以是638nm、808nm、976nm、915nm等，泵浦方式为端面泵浦。
第一半波片210设置于所述泵浦模块100和所述偏振分光器件300之间，第一半波片210用于对所述泵浦模块100输出的泵浦光的偏振方向进行调整，调整后的泵浦光进入偏振分光器件300。
偏振分光器件300用于将对入射的泵浦光分成水平方向出射的P偏振光和垂直方向出射的S偏振光，P偏振光进入第一光学腔体410对其中的增益介质进行泵浦，S偏振光进入第二光学腔体420对其中的增益介质进行泵浦。第一光学腔体410和第二光学腔体420可以根据激光系统的不同具体设置为激光谐振腔或激光放大腔等，本申请对此不做限定。
具体的，第一光学腔体410和第二光学腔体420中的增益介质可以是固体激光晶体或掺杂光纤，如：Nd:YVO4、Nd:YAG、Nd:YLF、Yb:YAG、Tm:YAG、Er:YAG、Cr3+:BeAl2O4、掺Yb光纤、掺Er光纤、掺Tm光纤等，其中增益介质的吸收可以对泵浦光偏振方向敏感或不敏感。
具体的，所述偏振分光器件300可以设置为偏振分光棱镜或偏振分光片等具有偏振分光作用的器件。
所述调节装置用于调节第一半波片210，以调节经所述偏振分光器件300输出的P偏振光和S偏振光的比例，以对所述第一光学腔体410和所述第二光学腔体420的偏振泵浦功率占比进行调节，该调节装置的具体形状、结构，本申请不做限定，能够旋转半波片即可。
由于现有技术会出现激光系统输出激光功率不随泵浦光增大而继续增大的现象，此时继续增大泵浦功率不仅对输出激光功率的增大没有任何意义，而且可能会烧坏器件，针对这种情况，本申请的激光系统可以将第一光学腔体410多余的泵浦功率输入到后续的第二光学腔体420中，不仅可以减小后续泵浦源的成本，同时可以极大地提高泵浦源的能量利用率。
图2示出了本公开所提供的另一种激光装置的示意图。
如图2所示，本公开实施例提供的上述激光装置还可以包括：设置在所述偏振分光器件300与所述第一光学腔体410之间的第二半波片220，所述P偏振光经过第二半波片220的调整后进入第一光学腔体410。
实际应用中，可以根据第一光学腔体410中激光增益介质的吸收是否对偏振敏感进行偏振方向的调节，以增加P偏振光的吸收效率，因此，本申请中在偏振分光器件300与第一光学腔体410之间增加第二半波片220，通过第二半波片220对P偏振光的偏振方向进行调整，从而增加P偏振光的吸收效率。
如图2所示，本公开实施例提供的上述激光装置还可以包括：设置在所述偏振分光器件300与所述第二光学腔体420之间的第三半波片230，所述S偏振光经过第三半波片230的调整后进入第二光学腔体420。
实际应用中，可以根据第二光学腔体420中激光增益介质的吸收是否对偏振敏感进行偏振方向的调节，以增加S偏振光的吸收效率，因此，本申请中在偏振分光器件300与第二光学腔体420之间增加第三半波片230，通过第三半波片230对S偏振光的偏振方向进行调整，从而增加S偏振光的吸收效率。
第一半波片210、第二半波片220、第三半波片230均对泵浦光波长高透。
如图2所示，本公开实施例提供的上述激光装置还可以包括：设置在所述偏振分光棱镜300与所述第三半波片230之间的反射镜500。反射镜500可以用于调整所述S偏振光的出光方向至所述第三半波片230，以满足用户的实际需要。
如图2所示，本公开实施例提供的上述激光装置还可以包括：设置在所述泵浦模块100与所述第一半波片210之间的准直镜600，准直镜600可以对泵浦模块100发出的泵浦光进行准直输出，使得耦合损失较少。
图2所示激光装置的工作过程如下：
泵浦模块100发出的部分偏振占优势的泵浦光经过准直镜600准直后，入射到第一半波片210和偏振分光器件300，二者联合使用，通过旋转第一半波片210可以调节泵浦光不同偏振方向的偏振占比情况，再经过偏振分光器件300进行偏振分光，从而实现后续P偏振光和S偏振光的占比调节。其中，经偏振分光器件300透射的P偏振光对第一光学腔体410进行泵浦；经偏振分光器件300反射的S偏振光对第二光学腔体420进行泵浦。若第一光学腔体410、第二光学腔体420内的激光增益介质对泵浦光偏振方向敏感，则可以分别通过转动第二半波片220、第三半波片230调整泵浦光偏振方向，增加吸收效率。
为了便于理解本公开，下面以具体的实施例进行详细介绍。
图3所示为本公开提供的一种具体的激光装置的示意图，其中，第一光学腔体410设置为激光谐振腔(作为主振荡腔)，第二光学腔体420设置为激光放大腔(作为功率放大腔)。图中，泵浦模块100采用端面泵浦的部分偏振光占优势的638nm半导体激光泵浦源，600为泵浦源的准直镜，焦距50mm。
610和620为聚焦镜，焦距50mm。210、220、230为对638nm泵浦光高透的半波片。300为偏振分光棱镜，将入射光分成偏振方向互相垂直的P偏振光和S偏振光，分别水平及垂直输出。411、412构成激光谐振腔腔镜，其中411对638nm波段激光高透、对750nm波段高反，412对750nm波段激光部分反射，反射率为98％；500、510对638nm波段泵浦光高反；520为二向色镜，对638nm波段泵浦光高反、对750nm波段激光高透。410、420中为Cr3+:BeAl2O4激光晶体，其中410中为主振荡腔增益介质，420中为功率放大腔增益介质，两者对泵浦光偏振方向非常敏感，激光晶体中平行于b轴的增益是a轴的10倍，最终输出激光。通过转动半波片210，可以改变经300输出的P偏振光和S偏振光的比例，进而实现对主振荡腔和功率放大腔二者泵浦功率占比的调节。
图4所示为本申请提供的另一种具体的激光装置，其中，第一光学腔体410和第二光学腔体420均设置为激光谐振腔。图中，泵浦模块100采用端面泵浦的部分偏振光占优势的638nm半导体激光泵浦源，600为泵浦源的准直镜，焦距50mm。610和620为聚焦镜，焦距50mm。210、220、230为对638nm泵浦光高透的半波片。300为偏振分光棱镜，将入射光分成偏振方向互相垂直的P偏振光和S偏振光，分别水平及垂直输出。411、412构成激光谐振腔1腔镜，其中411对638nm波段激光高透、对750nm波段高反，412对750nm波段激光部分反射，反射率为98％；500为反射镜，对638nm波段泵浦光高反；421、422构成激光谐振腔2的腔镜，其中421对638nm波段激光高透、对750nm波段高反，422对750nm波段激光部分反射，反射率为98％。410、420中为Cr3+:BeAl2O4激光晶体，其中410中为激光振荡腔1增益介质，420中为激光振荡腔2的增益介质，两者其对泵浦光偏振方向非常敏感，激光晶体中平行于b轴的增益是a轴的10倍，最终由第一光学腔体410输出激光1，由第二光学腔体420输出激光2。通过转动半波片210，可以改变经300输出的P偏振光和S偏振光的比例，进而实现对两振荡腔泵浦功率占比的调节。
本公开提供的激光装置，可以利用同一泵浦源同时实现对不同光学腔体的泵浦，且泵浦功率比例可根据实际需要进行不同比例的实时调节，可以极大地节约成本，提升能量利用率。
为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (6)
1.一种激光装置，其特征在于，包括：泵浦模块、第一半波片、第二半波片、第三半波片、偏振分光器件、第一光学腔体、第二光学腔体和调节装置；
所述泵浦模块，用于输出泵浦光，泵浦方式为端面泵浦；
所述第一半波片，设置于所述泵浦模块和所述偏振分光器件之间，用于对所述泵浦模块输出的泵浦光的偏振方向进行调整；
所述偏振分光器件，用于将对入射的泵浦光分成水平方向出射的P偏振光和垂直方向出射的S偏振光；所述P偏振光进入第一光学腔体，所述S偏振光进入第二光学腔体；
所述第二半波片，设置在所述偏振分光器件与所述第一光学腔体之间，所述P偏振光经过第二半波片的调整后进入第一光学腔体；
所述第三半波片，设置在所述偏振分光器件与所述第二光学腔体之间，所述S偏振光经过第三半波片的调整后进入第二光学腔体；
所述调节装置，用于调节所述第一半波片，以调节经所述偏振分光器件输出的P偏振光和S偏振光的比例，以对所述第一光学腔体和所述第二光学腔体的偏振泵浦功率占比进行调节。
2.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，还包括：设置在所述偏振分光器件与所述第三半波片之间的反射镜；
所述反射镜，用于调整所述S偏振光的出光方向至所述第三半波片。
3.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，还包括：设置在所述泵浦模块与所述第一半波片之间的准直镜；
所述准直镜，用于对泵浦光进行准直输出。
4.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述偏振分光器件设置为偏振分光棱镜或偏振分光片。
5.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述第一光学腔体设置为激光谐振腔，所述第二光学腔体设置为激光放大腔。
6.根据权利要求1所述的激光装置，其特征在于，所述第一光学腔体和第二光学腔体均设置为激光谐振腔。
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