一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高功率激光器领域，具体涉及一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法。
【背景技术】
[0002]随着激光技术的不断发展和成熟，高功率激光具有越来越广泛的应用，深刻地影响了多个行业的发展。按工作方式划分高功率激光主要分为高峰值功率激光(即高能脉冲激光)和高平均功率激光。
[0003]对于高能脉冲激光，在多种应用领域要求激光具有一定的重复频率。然而直接提高高能脉冲激光器运行的重复频率，将会产生严重的热效应，从而影响激光器的性能，甚至导致激光器输出脉冲能量下降或者不能工作。对于高平均功率激光，应用需求对激光输出功率不断提出更高要求，而单路激光功率提升有限，难以实现较高的平均输出功率。
[0004]因此，无论是对于高能脉冲激光还是对于高平均功率激光，提高脉冲激光的重复频率都是亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005]针对上述现有技术中存在的问题，本发明人认为应该通过脉冲激光合束解决该问题，对于高能脉冲激光，时序合束能够提高激光脉冲输出的重复频率，对于高平均功率激光，时序合束能够提高输出激光的平均功率。本发明提供一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置及其方法，本发明巧妙利用电光晶体、电光晶体驱动电路、偏振合束器、同步机和脉冲激光的特点，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率。
[0006]为实现上述目的，本发明提供如下技术方案:
[0007]—种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，包括:
[0008]2n个激光器，分别为第一激光器、第二激光器.??第2 n激光器，其中η为多2的正整数；
[0009]η个偏振合束器，分别为第一偏振合束器、第二偏振合束器.??第η偏振合束器；
[0010]η个电光晶体，分别为第一电光晶体、第二电光晶体.??第η电光晶体；
[0011]η个电光晶体驱动电路，分别为第一电光晶体驱动电路、第二电光晶体驱动电路..?第η电光晶体驱动电路，每一个所述电光晶体驱动电路均与一个所述电光晶体连接;
[0012]同步机，与所述激光器和电光晶体驱动电路相连接；
[0013]所述激光器的输出口朝向所述偏振合束器，所述偏振合束器和电光晶体沿脉冲激光传播方向依次排列为:第一偏振合束器、第一电光晶体、第二偏振合束器、第二电光晶体..?第η偏振合束器、第η电光晶体。
[0014]进一步，所述第一偏振合束器包括2m个分偏振合束器，m为正整数，所述分双偏振合束器排列为一条直线，所述分偏振合束器对称排列。
[0015]进一步，所述第一电光晶体包括2m个分电光晶体，所述第一电光晶体驱动电路包括2m个分电光晶体驱动电路，每一个所述分电光晶体均与一个所述分电光晶体驱动电路连接，所述分电光晶体驱动电路均与所述同步机连接。
[0016]进一步，所述偏振合束器为双折射晶体、薄膜偏振片、偏振合束片或玻璃堆。
[0017]另，本发明还提供一种利用如上述的脉冲激光合束装置的合束方法，包括以下步骤:
[0018](1)脉冲时序相互错开的2。束脉冲激光分别垂直入射到第一偏振合束器，其中2n 1束脉冲激光为寻常光，2n 1束脉冲激光为非寻常光，通过第一偏振合束器合束后，得到2n 1束第一同光路激光，η为多2的正整数；
[0019](2) 2η1束第一同光路激光在不同时刻分别透射过第一电光晶体，将其中2 η 2束第一同光路激光偏转为寻常光，其余第一同光路激光偏转为非寻常光，得到2η 1束第一合束激光;
[0020](3)将所述第一合束激光重复进行步骤(1)和步骤(2)，直至得到1束第η同光路激光；
[0021](4)所述第η同光路激光透射过第η电光晶体，将第η同光路激光偏转为偏振状态相同的激光，得到最终合束激光。
[0022]进一步，所述步骤(1)中，所述脉冲时序相互错开为所述第一激光器至第η激光器均由同步机控制，使由第一激光器输出的第一脉冲激光、第二激光器输出的第二脉冲激光、..?和第η激光器输出的第η脉冲激光的脉冲在时间顺序上相互错开。
[0023]进一步，所述步骤(2)中，所述偏转为所述第一同光路激光通过第一电光晶体时，第一电光晶体驱动电路向第一电光晶体间断的加载半波电压，使同一束第一同光路激光只有一种偏振状态。
[0024]进一步，所述步骤(4)中，所述偏转为所述第η同光路激光通过第η电光晶体时，第η电光晶体驱动电路向第η电光晶体间断的加载半波电压，使第η同光路激光只有一种偏振状态。
[0025]本发明的有益效果如下:
[0026](1)将电光晶体、电光晶体驱动电路、激光器与同步机相结合，将偏振合束器的性质、电光晶体的性质和脉冲激光的特点相互配合，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功率；
[0027](2)通过同步机对多路脉冲激光时序上的控制，可以得到脉冲间隔时间相同或不同的合束脉冲激光；
[0028](3)采用多个激光器、偏振合束器、电光晶体和电光晶体驱动电路，实现合束装置的串联，达到多级合束的目的；
[0029](4)偏振合束器采用多个分偏振合束器，电光晶体采用多个分电光晶体，便于激光器的二维空间排布，大大减小偏振合束器的厚度和单个面积，减小电光晶体的单个面积，降低成本；
[0030](5)激光器输出的脉冲激光可以为重复运行的脉冲，也可以是单次脉冲，可以具有不同的脉冲形状、脉冲宽度、波长、光谱宽度、啁啾特性、幅度等特性。
【附图说明】
[0031]图1为本发明实施例一的合束装置的整体结构示意图；
[0032]图2为本发明合束前后的脉冲激光形状图；
[0033]图3为本发明实施例二的合束装置整体结构示意图。
[0034]图中一第一双折射晶体，12—第二双折射晶体，13—第二双折射晶体，21—第一电光晶体，22一第二电光晶体，23一第二电光晶体，31 一第一声光晶体驱动电路，32一第二声光晶体驱动电路，33一第二声光晶体驱动电路，41 一第一激光器，42一第二激光器，43一第三激光器，44一第四激光器，45一第五激光器，46一第六激光器，47一第七激光器，48一第八激光器，5一同步机，411 一第一脉冲激光，421—第二脉冲激光，431—第二脉冲激光，441 一第四脉冲激光，6—最终合束激光。
【具体实施方式】
[0035]为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0036]实施例一:
[0037]如图1所示，一种基于电光晶体的脉冲激光合束装置，沿脉冲激光传播方向依次包括:第一双折射晶体11、第一电光晶体21、第二双折射晶体12和第二电光晶体22，所述第一电光晶体21的光轴垂直于第一双折射晶体11的光轴与所述第一入射面法线所组成的平面，所述第一入射面为脉冲激光入射的第一双折射晶体11的一表面，所述第二电光晶体22的光轴垂直于第二双折射晶体12的光轴与第二入射面法线所组成的平面，所述第二入射面为平行于所述第一入射面的第二双折射晶体12 —表面。本实施例中的双折射晶体还可以为薄膜偏振片、偏振合束片、玻璃堆或其他偏振合束器。合束装置还包括第一电光晶体驱动电路31、第二电光晶体驱动电路32、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44，第一电光晶体驱动电路31与所述第一电光晶体11连接，第二电光晶体驱动电路32与所述第二电光晶体12连接，所述第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44的激光输出口均垂直于所述第一双折射晶体11的第一入射面；所述第三激光器43与第一激光器41的距离为山.tan α，山为所述第一双折射晶体11的厚度，α为所述第一双折射晶体11对第三激光器43输出的第三脉冲激光431的折射角，所诉第三激光器43输出的第三脉冲激光431为非寻常光，所述第一激光器41输出的第一脉冲激光411为寻常光，本领域技术人员根据双折射晶体的性质，即可确定第三激光器43和第一激光器41的位置；所述第四激光器44与第二激光器42的距离为山.tan β，β为所述第一双折射晶体11对第四激光器44输出的第四脉冲激光441的折射角，所诉第四激光器44输出的第四脉冲激光441为非寻常光，所述第二激光器42输出的第二脉冲激光421为寻常光，本领域技术人员根据双折射晶体的性质，即可确定第四激光器44和第二激光器42的位置；所述第一激光器41与所述第二激光器42的距离为d2.tan Θ，(12为所述第二双折射晶体12的厚度，Θ为所述第二双折射晶体12对第二合束激光的折射角，所述第二合束激光为所述第四脉冲激光与第二激光器42输出的第二脉冲激光合束后所得，本领域技术人员根据双折射晶体的性质，即可确定第一激光器41和第二激光器42的位置。
[0038]合束装置还包括同步机5，分别与所述第一电光晶体驱动电路31、第二电光晶体驱动电路32、第一激光器41、第二激光器42、第三激光器43和第四激光器44连接。本发明将电光晶体、电光晶体驱动电路、激光器与同步机5相结合，将双折射晶体的性质、电光晶体的性质和脉冲激光的特点相配合，将多路脉冲激光合束成一路激光，在不降低脉冲能量的前提下提高脉冲激光输出的重复频率和平均功