專(zhuān)利名稱(chēng)：一種偏振旋轉(zhuǎn)裝置及激光器偏振合束方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供了一種偏振旋轉(zhuǎn)裝置及激光器偏振合束方法與系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)可以進(jìn)行半導(dǎo)體激光器的偏振耦合，實(shí)現(xiàn)兩路激光器的合并輸出，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
眾所周知，半導(dǎo)體激光器因其體積小、光電轉(zhuǎn)化效率高及壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。尤其是高光束質(zhì)量、高亮度的大功率半導(dǎo)體激光器，在固體激光抽運(yùn)、材料加工、激光醫(yī)療、光纖激光器泵源等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用和較大的發(fā)展前景。目前，為實(shí)現(xiàn)大功率半導(dǎo)體激光器的輸出，大多采用空間光束復(fù)合方式，利用反射鏡、波長(zhǎng)合束器和偏振合束器來(lái)實(shí)現(xiàn)光束的合并。偏振合束一般采用兩種方式一種是用于耦合的兩路半導(dǎo)體激光器具有不同的偏振態(tài)，一為S態(tài)偏振光一為P態(tài)偏振光，兩路光相互垂直入射到偏振合束器上；第二種方式是用于耦合的兩路半導(dǎo)體激光器具有相同的偏振態(tài)，在其中一路激光器前放置半波片使其偏振態(tài)發(fā)生改變，將S態(tài)偏振光變成P態(tài)偏振光或?qū)態(tài)偏振光變成S態(tài)偏振光后入射到偏振合束器上。在第一種方法中，可以直接使用兩種具有不同輸出偏振態(tài)的半導(dǎo)體激光器，也可直接將其中一路半導(dǎo)體激光器旋轉(zhuǎn)90度，使 S態(tài)偏振光變成P態(tài)偏振光或P態(tài)偏振光變成S態(tài)偏振光，但是這樣會(huì)增加整個(gè)系統(tǒng)的體積，當(dāng)用于偏振合束的激光器組件為列陣或是模塊時(shí)該問(wèn)題尤其顯著。在第二種方法中，使用半波片直接將其中一路激光器的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，可以使用相同偏振態(tài)的半導(dǎo)體激光器組件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且系統(tǒng)體積小，但是半波片加工成本高，且其加工、安裝精度會(huì)嚴(yán)重影響合束效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有合束方法中的缺陷，提供了一種更加簡(jiǎn)單合理的偏振旋轉(zhuǎn)裝置及激光器偏振合束方法與系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種偏振旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于包括兩反射鏡3、4，同一入射光在兩反射鏡3、4中的入射面相互垂直。進(jìn)一步的，所述反射鏡為平面反射鏡或反射棱鏡的反射面。一種激光器偏振合束系統(tǒng)，其特征在于包括兩具有相同偏振態(tài)的激光器組件1、2， 一偏振旋轉(zhuǎn)裝置，一偏振合束器；激光器組件1輸出端前方設(shè)有一使激光器組件1輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器一合束輸入側(cè)的偏振旋轉(zhuǎn)裝置，激光器組件2輸出光束的光軸交于所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)，在所述偏振合束器上兩激光器組件光軸等高； 其中，所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置包括兩反射鏡3、4，同一入射光在兩反射鏡3、4中的入射面互相垂直。進(jìn)一步的，所述激光器組件前端設(shè)有快軸準(zhǔn)直透鏡、或慢軸準(zhǔn)直透鏡、或快慢軸準(zhǔn)直透鏡。
進(jìn)一步的，兩所述激光器組件分別安裝于熱沉上；所述激光器組件為單管半導(dǎo)體激光器，或半導(dǎo)體激光器列陣，或是包含多個(gè)單管激光器或列陣的半導(dǎo)體激光器模塊。
進(jìn)一步的，所述偏振合束器為PBS棱鏡、或格蘭泰勒棱鏡、或薄膜式平片、或天然雙折射晶體。進(jìn)一步的，所述激光器組件2輸出端前方設(shè)有一使激光器組件2輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)的反射鏡，所述反射鏡反射后的光軸高度與所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置反射的光軸高度相等。一種激光器偏振合束方法，其步驟為1)將一激光器組件1輸出的光束經(jīng)一偏振旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換后垂直入射到偏振合束器的一合束輸入側(cè)，并調(diào)整所述偏振合束器，使該激光器組件的輸出功率最大；2)將一激光器組件2輸出的光束入射到所述偏振合束器的另一合束輸入側(cè)，并調(diào)整該激光器組件的光束角度，使所述偏振合束器對(duì)兩束輸入光偏振合束輸出功率最大；其中，在所述偏振合束器上兩激光器組件光軸等高；所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置包括兩反射鏡3、4，同一入射光在兩反射鏡3、4中的入射面互相垂直。進(jìn)一步的，所述激光器組件前端設(shè)有快軸準(zhǔn)直透鏡、或慢軸準(zhǔn)直透鏡、或快慢軸準(zhǔn)直透鏡。進(jìn)一步的，所述激光器組件2輸出端前方設(shè)有一使激光器組件2輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)的反射鏡5，調(diào)整該反射鏡5使所述偏振合束器對(duì)兩束輸入光偏振合束輸出功率最大。本發(fā)明利用反射棱鏡的像偏轉(zhuǎn)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)偏振態(tài)的改變。其原理如圖1所示，采用兩個(gè)反射鏡(圖中部件3，4)構(gòu)成一組空間轉(zhuǎn)像部件，即同一入射光在反射鏡3、4中的入射面互相垂直，光束通過(guò)該部件傳播的過(guò)程中，隨著出射光軸的偏轉(zhuǎn)，在與光軸垂直的平面內(nèi)，像的方向會(huì)隨之發(fā)生偏轉(zhuǎn)。圖1標(biāo)示了光束傳播過(guò)程中入射空間坐標(biāo)系的偏轉(zhuǎn)過(guò)程，給出了每一次反射后坐標(biāo)軸的偏轉(zhuǎn)狀態(tài)。該結(jié)構(gòu)大多用于成像系統(tǒng)的像面偏轉(zhuǎn)。假定半導(dǎo)體激光器輸出光束的偏振態(tài)為偏振方向與慢軸方向一致的線偏振光，也稱(chēng)為S態(tài)偏振光，并且半導(dǎo)體激光器經(jīng)快慢軸準(zhǔn)直后為一長(zhǎng)條狀光斑(第一反射鏡的入射光斑7)，也就是說(shuō)其線偏振方向與光斑的長(zhǎng)條方向一致，經(jīng)過(guò)兩次反射后，半導(dǎo)體激光器的光束方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)， 從水平長(zhǎng)條狀變成豎直長(zhǎng)條狀(第二反射鏡的出射光斑8)，其偏振方向也隨之旋轉(zhuǎn)90度， 從S態(tài)線偏振光變成P態(tài)線偏振光。采用如圖2所示的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相同波長(zhǎng)相同偏振態(tài)的經(jīng)預(yù)先準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器組件(圖中部件1，幻垂直放置，且二者之間具有一定的高度差，低位半導(dǎo)體激光器組件1 的S態(tài)偏振光通過(guò)由兩個(gè)反射鏡(圖中部件3，4)構(gòu)成的轉(zhuǎn)像部件后以P偏振態(tài)入射到偏振合束器6上，高位半導(dǎo)體激光器組件2通過(guò)第三反射鏡5折轉(zhuǎn)后以S偏振態(tài)入射到偏振合束器6上，兩束激光合并成一束輸出。反射鏡5對(duì)光路的折轉(zhuǎn)可以有效減小整個(gè)系統(tǒng)的體積。與現(xiàn)有方法相比，本發(fā)明的積極效果為本發(fā)明通過(guò)利用一組空間轉(zhuǎn)像部件實(shí)現(xiàn)了激光束偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換，可以替換現(xiàn)有的半波片等昂貴器件，節(jié)約了成本；同時(shí)空間轉(zhuǎn)像部件易于調(diào)整，從而使合束方法更加簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)體積更小，成本更低等優(yōu)點(diǎn)。


圖1.偏振旋轉(zhuǎn)裝置的原理圖；(a)正視圖，(b)側(cè)視圖；圖2.新型半導(dǎo)體激光器偏振合束系統(tǒng)的示意圖；圖中1.低位半導(dǎo)體激光器組件，2.高位半導(dǎo)體激光器組件，3.第一反射鏡，4.第二反射鏡，5.第三反射鏡，6.偏振合束器，7.第一反射鏡的入射光斑，8.第二反射鏡的出射光斑。
具體實(shí)施例方式結(jié)合圖2，對(duì)本發(fā)明方法做詳細(xì)說(shuō)明。1.兩相同偏振態(tài)經(jīng)預(yù)先準(zhǔn)直的半導(dǎo)體激光器組件(圖中部件1，幻垂直放置，且二者之間具有一定的高度差(即此高度差能夠使部件5輸出光軸的高度與部件4輸出的光軸等高)，二者的輸出光斑均為圖1所示的S態(tài)線偏振光7。2.低位半導(dǎo)體激光器組件1的S態(tài)偏振光通過(guò)由兩個(gè)反射鏡(圖中部件3，4)構(gòu)成的轉(zhuǎn)像部件后以P偏振態(tài)8出射，調(diào)整兩個(gè)反射鏡的位置和角度，使得輸出光軸的高度與高位半導(dǎo)體激光器2的光軸等高，且輸出光束為完全的P態(tài)線偏振光。3.在第二反射鏡4的輸出光路中放置偏振合束器6，調(diào)整光路使得偏振合束器6 與第二反射鏡4的輸出光軸垂直且有最大的激光輸出功率。4.在高位半導(dǎo)體激光器2的輸出光路中放置第三反射鏡5，將輸出光軸折轉(zhuǎn)特定角度后入射到偏振合束器6上，調(diào)整第三反射鏡5，使得兩束光通過(guò)偏振合束器6合并成一束輸出且具有最大的激光輸出功率。
權(quán)利要求
1.一種偏振旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于包括兩反射鏡(3)、G)，同一入射光在反射鏡(3)、 (4)中的入射面互相垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振旋轉(zhuǎn)裝置，其特征在于所述反射鏡為平面反射鏡或反射棱鏡的反射面。
3.一種激光器偏振合束系統(tǒng)，其特征在于包括兩具有相同偏振態(tài)的激光器組件(1)、 O)，一偏振旋轉(zhuǎn)裝置，一偏振合束器；激光器組件(1)輸出端前方設(shè)有一使激光器組件(1) 輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器一合束輸入側(cè)的偏振旋轉(zhuǎn)裝置，激光器組件(2)輸出光束的光軸交于所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)，在所述偏振合束器上兩激光器組件光軸等高；其中，所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置包括兩反射鏡(3)、G)，同一入射光在反射鏡(3)、(4)中的入射面互相垂直。
4.如權(quán)利要求3所述的激光器偏振合束系統(tǒng)，其特征在于所述激光器組件前端設(shè)有快軸準(zhǔn)直透鏡、或慢軸準(zhǔn)直透鏡、或快慢軸準(zhǔn)直透鏡。
5.如權(quán)利要求3或4所述的激光器偏振合束系統(tǒng)，其特征在于兩所述激光器組件分別安裝于熱沉上；所述激光器組件為單管半導(dǎo)體激光器，或半導(dǎo)體激光器列陣，或是包含多個(gè)單管激光器或列陣的半導(dǎo)體激光器模塊。
6.如權(quán)利要求3所述的激光器偏振合束系統(tǒng)，其特征在于所述偏振合束器為PBS棱鏡、 或格蘭泰勒棱鏡、或薄膜式平片、或天然雙折射晶體。
7.如權(quán)利要求3所述的激光器偏振合束系統(tǒng)，其特征在于所述激光器組件(2)輸出端前方設(shè)有一使激光器組件( 輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)的反射鏡，所述反射鏡反射后的光軸高度與所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置反射的光軸高度相等。
8.一種激光器偏振合束方法，其步驟為.1)將一激光器組件(1)輸出的光束經(jīng)一偏振旋轉(zhuǎn)裝置進(jìn)行偏振態(tài)的轉(zhuǎn)換后垂直入射到偏振合束器的一合束輸入側(cè)，并調(diào)整所述偏振合束器，使該激光器組件的輸出功率最大；.2)將一激光器組件( 輸出的光束入射到所述偏振合束器的另一合束輸入側(cè)，并調(diào)整該激光器組件的光束角度，使所述偏振合束器對(duì)兩束輸入光偏振合束輸出功率最大；其中， 在所述偏振合束器上兩激光器組件光軸等高；所述偏振旋轉(zhuǎn)裝置包括兩反射鏡(3)、(4), 同一入射光在反射鏡(3)、中的入射面相互垂直。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述激光器組件前端設(shè)有快軸準(zhǔn)直透鏡、或慢軸準(zhǔn)直透鏡、或快慢軸準(zhǔn)直透鏡。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于所述激光器組件(2)輸出端前方設(shè)有一使激光器組件( 輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)的反射鏡(5)， 調(diào)整該反射鏡( 使所述偏振合束器對(duì)兩束輸入光偏振合束輸出功率最大。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種偏振旋轉(zhuǎn)裝置及激光器偏振合束方法與系統(tǒng)，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。本偏振旋轉(zhuǎn)裝置包括兩反射鏡，同一入射光在兩反射鏡中的入射面互相垂直。本系統(tǒng)包括具有相同偏振態(tài)的激光器組件1、2，一偏振旋轉(zhuǎn)裝置，一偏振合束器；激光器組件1輸出端前方設(shè)有一使激光器組件1輸出光束的光軸反射到所述偏振合束器一合束輸入側(cè)的偏振旋轉(zhuǎn)裝置，激光器組件2輸出光束的光軸交于所述偏振合束器另一合束輸入側(cè)，在所述偏振合束器上兩激光器組件光軸等高。本方法為偏振合束器對(duì)激光器組件1、2輸出的光束偏振合束后輸出，其中，激光器組件1輸出的光束經(jīng)偏振旋轉(zhuǎn)裝置入射到偏振合束器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)體積更小，成本更低等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01S5/40GK102566075SQ20111042837
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者劉玉鳳, 陳曉華 申請(qǐng)人:北京凱普林光電科技有限公司