CN87216562U

CN87216562U - 稳定准直的线偏振输出激光器

Info

Publication number: CN87216562U
Application number: CN 87216562
Authority: CN
Inventors: 范琦康; 陆祖康; 吴碧珍; 陆国贤
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1987-12-19
Filing date: 1987-12-19
Publication date: 1988-11-09

Abstract

本实用新型创造公开了一种新型结构的激光器。此激光器采用角隅棱镜作折光器构成折叠式光学谐振腔。谐振腔的两块反射镜由同一块玻璃基板分区镀以不同反射率的膜而构成。在强烈振动及大幅度温度变化环境下，光学谐振腔能始终保持准直，激光输出功率稳定。激光器输出为线偏振光。本方案用一光学准直补偿器作为腔内各光学元件加工误差的可调性补偿。

Description

稳定准直的线偏振输出激光器

本发明属于固体激光器技术领域。

激光振荡器对光学谐振腔的两反射镜的平行度有极高的要求。轻微的失调就会导致激光输出功率急骤下降，甚至会停止振荡。这就使得某些固体激光器在野外使用，或在强烈振动、大幅度温度变化的环境下使用发生困难。为了解决这一困难，美国专利U.S.392421提出了用两屋脊棱镜构成光学谐振腔的方法，但此方法结构复杂，使用不方便。

本发明的任务是创造一种结构简单，对光学谐振腔反射镜机械失调不灵敏，可以在强烈振动和大幅度变化环境中获得稳定激光输出功率的激光器；激光束为线偏振光。

本发明的结构方案中采用一块角隅棱镜作为折光器构成折叠式光学谐振腔（见图1）。此谐振腔的两块反射镜（全反射镜及部分反射镜）是在同一块玻璃基板上分区镀以不同反射率的膜而构成（见图1）。因此在任何情况下光学谐振腔的两反射镜总是在一个平面上，在光学上相当于这两块反射镜总是保持平行。因此保证了这种结构的光学谐振腔在强烈的机械振动下是稳定的。光束通过角隅棱镜三个互相正交的全反射面后，一般情况下光束的偏振态将发生变化。本发明人经分析计算后证明，存在两个互相垂直的特定偏振方向。当入射光束的线偏振方向沿上述两个特定方向之一时，经角隅棱镜后的反射光仍为线偏振光（入射光束的特定线偏振方向和反射光相应的偏振方向见图2所示）。而且，此线偏振光经反射镜反射，沿原光路返回，再次经过角隅棱镜反射时，其光束的线偏振方向恢复到最初入射光的偏振方向。因此激光器光学谐振腔内的光束在振荡过程中保持线偏振光，故可以采用电光调Q技术。但由于实际上存在加工误差致使光学谐振腔内各光学元件（如激光棒、调Q晶体、起偏器）的两端面并非严格平行。因此造成射到光学谐振腔两块反射镜上的光束并非严格平行，即光学谐振腔并非严格准直。这就会使激光功率下降。为了解决此问题，本发明采用了一个光学准直补倘器（见图3）。光学准直补倘器是由两块相同的楔板构成。楔板的楔角在1～3°范围内。两块楔板可以以光线为轴旋转。可以一块单独旋转、也可以两块一起旋转，以此来补倘径向和切向角误差。此光学准直补倘器对机械振动等引起的角度失调是极不敏感的。

本发明激光器的输出性能非常稳定。激光器经过强烈振动或大幅度温度变化仍能保持光学谐振腔的良好准直状态，故输出功率无明显下降。

附图说明：

图1为激光器总体装置的示意图。

图2为角隅棱镜的正视图。

图3为光学准直补倘器的示意图。

图4为光学准直补倘器的一块楔板旋转时透射光束方向的变化。

图5为光学准直补倘器的两块楔板一起旋转时光束方向的变化。

图6为逆着光束方向观察光束的端视图。

参照附图说明实施例：

如图1所示，激光棒（1）与闪光灯（2）共置于聚光腔（3）内，（4）为角隅棱镜，（5）为起偏器，起偏器的起偏方向应沿着角隅棱镜的特定偏振方向（19）或（21），（6）为电光调Q晶体，（7）为光学准直补倘器，补倘器的作用是补倘光学谐振腔内光学元件（包括激光棒（1）、起偏器（5）、调Q晶体（6））两端面的不平行性所引起的光束偏折。通过所有光学元件（激光棒（1）、角隅棱镜（4）、起偏器（5）、调Q晶体（6）及补倘器（7））的光束（12）与原光束（11）保持严格平行。补倘方法是通过旋转补倘器的两块楔板来进行的。如图3所示两块楔板（31）和（32）可以绕光束（28）旋转。楔板（32）可以单独旋转，也可以与楔板（31）一起旋转。光束通过楔形板（31）后方向发生偏折（偏折后光束为（29））通过楔形板（32）后再次发生偏折，总偏折是两者的合成。光束（30）为经过两次偏折后的光束。透过补倘器后的光束偏折情况如图4和图5所示。图4表示楔形板（31）不动，楔形板（32）旋转时透射光束方向变化的情况。图5表示两块楔形板一起旋转时透射光束的变化情况。图4和图5中的（33）、（34）和（35）分别表示入射光方向（图3中的（28））、两块楔板间光束的方向（图3中的（29））和透射光方向（图3中的（30））。

图6为逆着光束传播方向观察的端视图，其中（36）及（37）分别表示一块楔板（32）单独旋转时和两块楔板（32）、（31）一起旋转时光束末端的轨迹。从图6可以看出，通过这样两种旋转可使透射光束校正到某一范围内的任意方向。例如，入射光束方向如图4、图5中的（33）方向，此方向在图6中以点（38）代表。而我们希望将透射方向校正到图6中点（40）所代表的方向，我们可以通过以下步骤来达到：首先旋转楔形板（32），使透射光方向改变到点（39）所代表的方向上（点（39）和点（40）在同一园周上）；然后两块楔板一起旋转使透射光方向由（39）变到（40）。

图2为角隅棱镜4的正视图。（14）、（16）分别表示入射光在直角面（22）上反射时的p分量和s分量；（15）、（17）分别表示出射光在直角面（23）上反射时的p分量与s分量。（18）、（20）表示入射光的特定偏振方向；（19）、（21）表示出射光的特定偏振方向。当入射光的偏振方向取（18）时，出射光偏振方向取（19）；当入射光的偏振方向取（20）时，出射光的偏振方向取（21），实际运用时两组偏振方向可任选一组。（16）与（18）的夹角（24）同（17）与（19）的夹角（25）相等；（16）与（20）的夹角（26）同（17）与（21）的夹角（27）也相等。这两个夹角大小与角隅棱镜材料的折射率有关。当角隅棱镜的折射率n＝1.51时，夹角（24）和（25）等于73.7°；夹角（26）和（27）等于16.3°。

采用上述装置的激光器，构成光学谐振腔的两反射镜及角隅棱镜都无需精确调整。故反射镜架及角隅棱镜架无需作成可调式的。光学谐振腔的准直是通过调整光学准直补倘器来完成的。本激光器达到加工、安装和使用方便的目的；成本低廉；保证在强烈振动和温度变化较大的环境下有稳定的激光输出功率。激光束是线偏振的，并能采用电光调Q技术。

按照本发明的装置及技术，发明人已经研制成一台小型的YAG激光器。其脉冲重复率为25脉冲／秒，基波（1.06微米）每个脉冲输出能量为70毫焦耳，倍频后二次谐波（0.53微米）每个脉冲输出能量为20毫焦耳。

Claims

1、一种线偏振输出激光器，包含置于聚光腔3内的激光棒1与闪光灯2、起偏器5、调Q晶体6、反射镜8和9，本实用新型的特征是设有角隅棱镜4，起偏器5的起偏方向沿角隅棱镜4的特定偏振方向19或21；全反射镜8与部分反射镜9是在同一块玻璃基板上分区镀以不同反射率的膜。

2、根据权利要求1所述的激光器，其特征是包含有光学准直补偿器7，它由两块相同楔板构成，楔板角度为1°～3°，楔板32可以单独旋转，也可以与楔板31一起旋转。

3、根据权利要求1所述的激光器，其特征是入射光在角隅棱镜4的直角面22上的S分量16与特定偏振方向18的夹角24等于直角面23上的s分量17与特定偏振方向19的夹角25；s分量16与特定偏振方向20的夹角26等于S分量17与特定偏振方向21的夹角27。当角隅棱镜折射率n＝1.51时，夹角24和25都等于73.7°，夹角26和27都等于16.3°。