[实用新型]一种用于产生高功率轴对称偏振光的激光器

说明书

技术领域

本实用新型属于激光器，涉及到输出轴对称偏振光的激光器，具体涉及一种用于产生高功率轴对称偏振光的激光器。

背景技术

由于轴对称偏振光的特殊偏振特性，在很多领域中表现出诱人的应用前景。其中，最具应用潜质的是环向偏振光(图1-a)和径向偏振光(图1-b)两类轴对称偏振光，图1中的箭头指向为电矢量方向。环向偏振光和径向偏振光的偏振方向在光束横截面内除光束中心外各点均与径向分别呈90°和0°。

在激光加工中，例如激光切割、激光焊接、激光打孔等应用中，激光的偏振状态都会对激光加工质量产生重要影响。环向偏振光应用于工业激光打孔时，侧壁对激光能量的吸收很少，吸收主要集中在孔的底部。因此，采用环向偏振光加工的孔与圆偏振光加工的孔相比，具有孔径小、孔深大、锥度小、热影响区小等特点。高功率激光切割中，目前使用的圆偏振光可以消除线偏振光在不同切割路径上吸收不同的问题，提高切割精度和切割质量。但是材料对圆偏振光的吸收效率并不高，使得目前激光切割的能量利用率并未达到最大。而径向偏振光由于偏振方向沿光束横截面为径向分布，对于切割面上的每一点而言，入射的激光都是P偏振光，而材料对P偏振光的吸收率比S偏振光的吸收率大。研究表明，径向偏振光相比于圆偏振光切割效率可以提高2倍左右。

在中高功率气体激光器中，一般采用折叠腔来增加增益的长度，以便提高激光输出功率。但是由于转折镜在以非零度角入射时，对P偏振光和S偏振光的反射率有一定的差别。因此，在这种结构中，转折镜的偏振选择特性将降低轴对称偏振光的偏振度，严重的时候甚至得不到轴对称偏振的圆环空心光束。

申请号200820165973.0公开了《一种实现线偏振光转换为径向偏振光的装置》，该装置采用被动产生方式，由半波片、四分之一波片、双折射晶体、石英偏振旋转器等排列组成，将线偏振光转化为径向偏振光。这种方法的不足之处在于，采用的光学器件多，系统对波片与双折射元件光轴之间的相对位置要求严格，而且这些器件不宜承受高功率。因此这种方法不适宜于获得高功率径向偏振光。申请号200910051101.0公开了一种《输出径向偏振光束的激光器》，这种方法采用主动产生方式，以布儒斯特轴锥镜作为腔内偏振元件产生径向偏振光。但是由于插入布儒斯特轴锥镜到腔内，增加了谐振腔的损耗。而且布儒斯特轴锥镜的制造和调整精度要求很高，限制了系统的效率和输出径向偏振光的偏振度。同时，端面泵浦结构也限制了输出激光的功率。因此，这种方式也不利于输出高功率和高偏振度的轴对称偏振光。

发明内容

本实用新型针对上述技术的不足，提供了一种用于产生高功率轴对称偏振光的激光器，该激光器结构简单，具有输出功率和偏振度高，光束质量好的特点。

本实用新型提供的一种用于产生高功率轴对称偏振光的激光器，它包括全反镜、输出镜、激光工作介质和泵浦源，激光工作介质位于所有与全反镜垂直的折叠臂上，泵浦源为射频泵浦源、半导体激光器泵浦源或闪光灯泵浦源。其特征在于，它还包括4*N个转折镜，N＝1、2或3；4*N个转折镜均为平面高反射镜；4*N个转折镜在光路上位于全反镜和输出镜之间，且各转折镜的中心均位于激光谐振腔的光轴上；法线与子午面平行的转折镜个数跟法线与弧矢面平行的转折镜个数相等，其中，2*N个转折镜的法线与子午面平行，且相邻两个转折镜法线之间的夹角为90°，其余2*N个转折镜的法线与弧矢面平行，相邻两个转折镜法线之间夹角也为90°，且4*N个转折镜的法线与光轴的夹角均为45°。

作为上述技术方案的改进，激光器谐振腔的全反射镜为偏振选择镜，偏振选择镜的中心位于激光谐振腔的光轴上，且镜面垂直于光轴，偏振选择镜的刻蚀线为圆环，光栅区刻蚀圆环宽度均匀分布，光栅的刻线剖面为矩形。偏振选择镜仅对径向或环向轴对称偏振光具有高反射率。

作为上述技术方案的进一步改进，偏振选择镜为介质光栅镜。介质光栅镜优选的结构是：介质光栅镜包括介质光栅、多层介质膜和基底；介质光栅的刻线与基底同心，介质光栅镜刻蚀区的尺寸满足关系：φ₂＝φ₁-2*L，其中，φ₁为基底直径，φ₂为介质光栅刻蚀区圆环的直径，L为基底上未镀膜和未刻蚀介质光栅的圆环宽度；多层介质膜由高低折射率材料交替层叠而成；多层介质膜位于介质光栅和基底之间，介质光栅层厚度小于多层介质膜总厚度。