[发明专利]一种内嵌保偏波片组的互注入固体激光器

说明书

本发明公开了一种内嵌保偏波片组的互注入固体激光器，所述固体激光器包括折叠式角锥腔、选偏镜与调Q模块、保偏模块和泵浦模块，所述折叠式角锥腔由角锥棱镜、全反射凹面镜、输出镜组成，所述选偏镜与调Q模块包括布儒斯特窗口偏振片和KDP调Q晶体，所述保偏模块包括两片1/2波片和一片延迟片组成，所述泵浦模块包括两根端面微倾斜Nd:YAG激光媒质棒、泵浦氙灯。在角锥棱镜折叠腔中，因角锥棱镜的内全反射引起的失偏现象会影响激光器输出光的品质特性，本发明在角锥腔中内嵌保偏模块实现对经过角锥棱镜的任意线偏振光的纠偏，消除失偏影响，提高了输出光束的品质特性。

技术领域

本发明涉及固体激光技术领域，尤其涉及一种内嵌保偏波片组的互注入固体激光器。

背景技术

角锥棱镜具有自准直的光学特性，用作谐振腔反射镜时，可以改善激光器的机械稳定性、热稳定性和光束质量。而且含有角锥的谐振腔，在同等腔长下可以使腔长缩短一半，让激光腔结构更加紧凑，实现小型化和轻量化。此外，角锥棱镜有六种不同的反射光路，互注入光束在角锥内全反射过程中产生合成，因此，角锥棱镜被认为是一种天然的光束合成元件，能够实现多有达六束的光合成。同时，光在角锥内部发生三次内全反射时，会带来相位差引起失偏，最终影响合成光束的质量和效率。因此，实现输入角锥棱镜前后光束的偏振态保持一致，称为“保偏”，是提高角锥腔固体激光器的合成效率和偏振性能的关键技术。

实现角锥腔的保偏方案包括：(1)利用角锥谐振腔的本征态，在文献《折叠式角锥棱镜谐振腔的偏振特性理论与实验研究》中给出了具体方案，但只能实现特殊方向偏振态的保偏。(2)利用偏振调制器保偏。即先测量输入光束的偏振态，再将输出偏振态调制为输入态。例如，使用两片1/4波片和一片1/2 波片或者两片1/2波片和一片1/4波片组成偏振调制器，通过夹角的组合来调制偏振态。这种方法可以对任意输入的态进行纠正，但是需要根据输入偏振态边测量边调节，配套额外的算法，不能实时保偏。(3)对角锥补偿来实现保偏，有：角锥棱镜自身镀膜补偿和角锥外加补偿晶片。其中，角锥棱镜自身镀膜补偿的方法，需要镀膜工艺从而使得成本较高，此外镀膜也容易被损伤，使得反射效率下降。在角锥入射面附加补偿晶片的方法，不仅成本较低而且有很高的损伤阈值，专利《一种抗失调型固体激光器》(专利号：201410374927.1)使用 1/4波片实现了一对正交线偏振光的保偏，其缺点是：除了该正交方向上线偏振光，若想实现其他方向线偏振光的保偏，需要动态旋转波片，此外也不能实现椭圆偏振光的保偏。

为了解决角锥的失偏，本发明通过波片补偿相移，使得经过补偿后，角锥棱镜能对任意方向的线偏振态和椭圆偏振态保偏。本方案通过计算获得角锥棱镜偏振变换矩阵M，然后，把M矩阵分解为两个1/2波片矩阵H和一个相位补偿波片矩阵PH之积，得到两个1/2波片之间的夹角θ和补偿波片的厚度h。当腔内光的波长和角锥棱镜的折射率已知时，1/2波片的夹角θ和补偿波片的厚度h 为固定值。根据计算参数设计保偏波片组模块，委托专业光学器件公司加工，然后把保偏波片组模块内嵌到角锥腔的光路中，便能使入射光的偏振态与出射的偏振态相同。在本保偏方案中，各个波片均为无源器件，以静态的方式实现偏振补偿和相位补偿，能够对任意偏振态实现保偏，而且具有较高的损失阈值。

上述文献以及专利中所给出的角锥激光器，在补偿光路的偏移时，均需使用双光楔元件，而本方案中的激光器，利用激光媒质棒端面的微倾来补偿布鲁斯特窗口偏振片自身的厚度产生的光路偏移，不仅减少了光路中所需的元件，而且提高了工作稳定性。此外，本激光器采用了双激光媒质棒互注入相干合成方式能提高输出激光束的能量密度，同时降低媒质棒的热效应、提高泵浦效率。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种内嵌保偏波片组的互注入固体激光器。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：