CN220401095U - 一种可控制腔内结构的激光谐振腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可控制腔内结构的激光谐振腔，其包括由前至后同轴布置的泵浦源(1)、耦合系统、输入镜(4)、增益晶体(5)、偏振片(6)、电光调制晶体(7)、四分之一波片(8)、偏振分光棱镜(9)，偏振分光棱镜(9)的出光侧分别布置第一输出镜(11)、第二输出镜(12)。本实用新型采用电场控制的方式控制激光的偏振态，实现激光谐振腔的切换，控制方式简便，装置结构简单；由于是通过控制激光偏振态实现光路分离，输出激光具有很高的偏振度；结构中插入了电光调制晶体，在应用于激光谐振腔中时，除了用于控制腔内激光偏振态之外也可以作为电光调Q器件，实现调Q激光输出。

Description

一种可控制腔内结构的激光谐振腔

技术领域

本实用新型属于光电技术领域，涉及一种可控制腔内结构的激光谐振腔。

背景技术

激光的应用覆盖了当前生产生活的方方面面，不同特性激光的应用方向千差万别，而单一特性的激光有时并不能满足生产应用的需要，有必要提出一种基于偏振态控制腔型的方案。

实用新型内容

(一)实用新型目的

本实用新型的目的是：提供一种可控制腔内结构的激光谐振腔，能够实现构建不同谐振腔结构，最终实现不同特性的激光输出。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种可控制腔内结构的激光谐振腔，其包括由前至后同轴布置的泵浦源1、耦合系统、输入镜4、增益晶体5、偏振片6、电光调制晶体7、四分之一波片8、偏振分光棱镜9，偏振分光棱镜9的出光侧分别布置第一输出镜11、第二输出镜12。

其中，所述耦合系统包括由前至后同轴布置的准直径2和聚焦镜3。

其中，所述泵浦源1的输出泵浦光的波长与增益晶体5的吸收峰相匹配。

其中，所述增益晶体5由铟箔包裹置于紫铜夹具中。

其中，所述紫铜夹具外设置水冷散热模块。

其中，所述输入镜4上镀泵浦光高透激光高反膜，输入镜4对泵浦光的增透范围与泵浦源的输出波长相匹配，对激光的高反范围与要得到的激光输出波长范围匹配。

其中，所述偏振片6、四分之一波片8和偏振分光棱镜9的透射波段均与其透过的激光波长范围相匹配。

其中，所述第一输出镜11位于偏振分光棱镜9的透光侧，第二输出镜12位于偏振分光棱镜9的反光侧。

其中，所述偏振分光棱镜9的反光侧布置45°折反镜10，45°折反镜10的的反光侧布置第二输出镜12。

其中，所述第一输出镜11、第二输出镜12上镀制激光高反膜，对激光的高反范围与要得到的激光输出波长范围匹配。。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的可控制腔内结构的激光谐振腔，采用电场控制的方式控制激光的偏振态，实现激光谐振腔的切换，控制方式简便，装置结构简单；由于是通过控制激光偏振态实现光路分离，输出激光具有很高的偏振度；结构中插入了电光调制晶体，在应用于激光谐振腔中时，除了用于控制腔内激光偏振态之外也可以作为电光调Q器件，实现调Q激光输出。

附图说明

图1为本实用新型实施例可控制腔内结构的激光谐振腔结构示意图。

图2为不同条件下，谐振腔内激光偏振态的变化情况示意图。

图中，1-泵浦源，2-准直镜，3-聚焦镜，4-输入镜，5-增益晶体，6-偏振片，7-电光调制晶体，8-四分之一波片，9-偏振分光棱镜，10-45°折返镜，11-第一输出镜，12-第二输出镜。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

本实用新型在激光谐振腔内加入了一个激光传输光路切换机构，引入了电光调制晶体，通过改变电光调制晶体上所加电场方向控制传输激光的偏振态，通过选择激光偏振态实现两个传输光路之间的切换，在两个传输光路上构建不同谐振腔结构，最终实现不同特性的激光输出。线偏振光入射到电光调制晶体内时，改变电光晶体的控制电场方向，可以改变电光晶体处出射圆偏振光的旋向，不同旋向的偏振光经过四分之一波片后得到的线偏振光偏振方向不同，控制电光晶体上所加电压，使不同电场条件下得到的线偏振光相互垂直，最后通过PBS(偏振分光棱镜)实现谐振腔切换，整体结构简单，控制方便，可靠性高。

参照图1所示，本实用新型可控制腔内结构的激光谐振腔包括由前至后同轴布置的泵浦源1、耦合系统、输入镜4、增益晶体5、偏振片6、电光调制晶体7、四分之一波片8、偏振分光棱镜9，偏振分光棱镜9的出光侧分别布置第一输出镜11、第二输出镜12。

耦合系统包括由前至后同轴布置的准直径2和聚焦镜3。

偏振片6、电光调制晶体7、四分之一波片8、偏振分光棱镜9构成激光传输光路切换机构；

其中，泵浦源1的输出泵浦光的波长与增益晶体5的吸收峰相匹配。

增益晶体5作为激光器工作物质的介质，包括晶体、陶瓷等。增益晶体5由铟箔包裹置于紫铜夹具中，紫铜夹具外设置水冷散热模块。

输入镜4上镀泵浦光高透激光高反膜，输入镜4对泵浦光的增透范围与泵浦源的输出波长相匹配，对激光的高反范围与要得到的激光输出波长范围匹配。

第一输出镜11、第二输出镜12对激光的高反范围与要得到的激光输出波长范围匹配。

偏振片6、四分之一波片8和偏振分光棱镜9的透射波段均与其透过的激光波长范围相匹配。

偏振片6置于输入镜4后方，用作起偏器将入射激光变成线偏振光；电光调制晶体7位于偏振片6的后方，通过控制电光调制晶体7所加电压，为入射线偏振光在两个偏振方向上引入不同相位，得到相应圆偏振光输出，通过改变电光调制晶体7上所加电场方向，改变圆偏振光旋向。

四分之一波片8位于电光调制晶体7后方，用于将电光调制晶体7处出射激光偏振态由圆偏振光变为线偏振光，不同旋向的圆偏振光经过四分之一波片8后，得到的线偏振光偏振方向不同，控制电光调制晶体7所加电压大小，使两束线偏振光的偏振方向相互垂直。

偏振分光棱镜9位于四分之一波片8后方，用于改变不同偏振态线偏振光的传输方向，实现传输光路的分离。

第一输出镜11、第二输出镜12位于激光谐振腔尾端，第一输出镜11位于偏振分光棱镜9的透光侧，第二输出镜12位于偏振分光棱镜9的反光侧，两输出镜的各项参数不一定相同，在其与偏振分光棱镜9之间可以添加不同器件构建双谐振腔，得到两种不同特性的激光输出。

图1中所用泵浦源1、耦合系统和增益晶体5为激光器的组成部分，偏振分光棱镜9后方的激光谐振腔结构可以根据要实现的不同功能自行搭建。泵浦光经耦合系统后通过对泵浦光高透对激光高反的输入镜4入射到增益晶体5内部，增益晶体5由铟箔包裹置于紫铜夹具中，紫铜夹具通过水冷温度保持在合适温度。增益晶体位于输入镜和偏振分光棱镜(PBS)之间，增益晶体和偏振片、电光调制晶体和四分之一波片之间的前后位置不做要求，要求偏振片、电光调制晶体和四分之一波片按照前后顺序排列。

激光偏振态在传输过程中的变化如图2所示，在腔内激光脉冲传输建立起来后，产生的激光脉冲首先经过偏振片，激光偏振态由椭圆偏振光变为线偏振光，随后线偏振光入射到电光调制晶体中，给电光调制晶体加1/4波电压，通过电光调制晶体的线偏振光变为左旋(右旋)的圆偏振光，此时o光和e光之间的位相差为-π2(-π2)。若给电光调制晶体加反向1/4波电压，通过电光调制晶体的线偏光变为右旋(左旋)的圆偏振光，圆偏振光的旋向与加正向电压时的旋向相反。左旋(右旋)的圆偏振光经过四分之一波片后，偏振态由圆偏振变成线偏振，o光和e光对应位相差为π(0)，右旋(左旋)的圆偏振光经过四分之一波片后，得到的线偏振光o光和e光对应位相差为0(π)，即在电光晶体加不同方向电压的情况下，四分之一波片后输出线偏振光的偏振方向相互垂直。偏振方向相互垂直的线偏振光在经过PBS时，传输方向发生分离，由改变加压方向引起的激光偏振态变化情况和光路分离情况如图2所示，可以根据要实现的不同激光输出特性继续进行激光谐振腔的后续搭建。

本实用新型通过控制电光调制晶体上所加电场方向对激光偏振态进行控制，由PBS进行光路分离，最终实现了双谐振腔的主动切换，通过电控制实现光控制，结构简单，可操作性强，在得到两种不同特性激光输出的同时还保证了输出激光良好的偏振特性。用来作为切换开关而插入到谐振腔内的电光调制晶体，也可以作为电光调Q器件得到调Q激光输出。

上述技术方案通过电控制实现传输光路的切换，构建多种谐振腔，通过多级应用可以得到多种不同特性的激光输出，不仅结构简单而且大大提升了激光器的集成度；系统采用电光调制晶体作为光路切换开关，响应时间快，稳定性高；由于偏振器件的引入，输出激光具有较高的偏振度；电光调制晶体作为最常用的主动调Q器件，在应用于调Q激光器中时也可以作为调Q器件直接应用。

本实用新型通过改变电光调制晶体上电场方向进行激光谐振腔内偏振态控制实现腔型切换的效果。对于常规激光器，激光输出状态由激光谐振腔和腔内插入的器件共同决定，通过控制谐振腔内振荡激光的偏振态实现激光谐振腔切换，可以在切换后的光路中根据需求设计两种甚至多种谐振腔结构，在有限空间范围内实现具有多种波长或者多种状态的激光输出，便于实现激光器的小型化设计。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，包括由前至后同轴布置的泵浦源(1)、耦合系统、输入镜(4)、增益晶体(5)、偏振片(6)、电光调制晶体(7)、四分之一波片(8)、偏振分光棱镜(9)，偏振分光棱镜(9)的出光侧分别布置第一输出镜(11)、第二输出镜(12)。

2.如权利要求1所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述耦合系统包括由前至后同轴布置的准直径(2)和聚焦镜(3)。

3.如权利要求2所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述泵浦源(1)的输出泵浦光的波长与增益晶体(5)的吸收峰相匹配。

4.如权利要求3所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述增益晶体(5)由铟箔包裹置于紫铜夹具中。

5.如权利要求4所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述紫铜夹具外设置水冷散热模块。

6.如权利要求5所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述输入镜(4)上镀泵浦光高透激光高反膜，输入镜(4)对泵浦光的增透范围与泵浦源的输出波长相匹配，对激光的高反范围与要得到的激光输出波长范围匹配。

7.如权利要求6所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述偏振片(6)、四分之一波片(8)和偏振分光棱镜(9)的透射波段均与其透过的激光波长范围相匹配。

8.如权利要求7所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述第一输出镜(11)位于偏振分光棱镜(9)的透光侧，第二输出镜(12)位于偏振分光棱镜(9)的反光侧。

9.如权利要求8所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述偏振分光棱镜(9)的反光侧布置45°折反镜(10)，45°折反镜(10)的反光侧布置第二输出镜(12)。

10.如权利要求9所述的可控制腔内结构的激光谐振腔，其特征在于，所述第一输出镜(11)、第二输出镜(12)上镀制激光高反膜，对激光的高反范围与要得到的激光输出波长范围匹配。