调整Nd：YAG激光器输出光偏振的波片组结构和方法

本发明属于激光光电子，具体涉及调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构和方法。

背景技术：

1、非平面环形腔激光器将增益介质与谐振腔集中于单块晶体，不仅结构紧凑、性能稳定、光束质量和相干性优异、噪声低、可调谐，而且能够抑制空间烧孔效应，实现单频输出，适用于各项对激光光源要求较高的实验。它以单块晶体作为增益介质和谐振腔，没有额外的光学元件，减少了激光器的损耗。泵浦光经晶体入射端面进入，经过腔内三次全反射后形成闭合环路，实现激光单方向出光。非平面环形腔激光器可广泛应用于相干通信、激光雷达、激光干涉测量、空间引力波探测等多个领域，因此也引起越来越多的国内外研究人员的关注。但上述利用非平面环形腔的结构进行出光的激光器输出的激光光源为椭圆偏振光，实验中要求激光器的出光为偏振光，且要用保偏光纤传输；所以需要将非平面环形腔结构输出的椭圆偏振光转换为线偏振光才能在单模保偏光纤中传输。

2、普通激光器改变激光出光偏振的方法是在激光器的出光端口增加起偏器，起偏器的工作原理是：一束各向同性的光注入起偏器后，只有沿特定方向偏振的单一线偏振光；起偏器实际上就是一个偏振模式的选择器，只能使激光中的一种偏振模式光通过而其他模式的偏振光无法通过。但利用增加起偏器使非平面环形腔激光器输出线偏振光方法，对于nd:yag激光器来说光功率损耗过大，不利于提高激光器的出光利用率；且增加起偏器方法是在激光器后加入新的元件，对于空间的需求较大，不利于缩小激光器的体积和质量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提出一种调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构和方法，旨在解决现有起偏器不利于提高激光器的出光利用率，不利于缩小激光器的体积和质量的问题。本发明利用波片改变激光器的出光偏振，将椭圆偏振光转换为线偏振光，不改变激光器出光的光路的同时提高激光的利用率，且固定波片的波片架可以将二分之一波片和四分之一波片固定牢靠，出光偏振变化仅有微小波动，并可以保证激光器的结构紧凑几乎不影响激光器的整体封装尺寸及质量，对于光的损耗更小，在提高激光偏振度的基础上也提高了光源的利用率，减少了光功率的损失。

2、本发明的目的之一是提供调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，包括二分之一波片、四分之一波片和波片架，将四分之一波片和二分之一波片依次固定在波片架上，将波片架固定在nd:yag晶体的输出光的一侧，使晶体的输出光垂直依次射入四分之一波片和二分之一波片。

3、优先的，上述调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，所述波片架包括固定结构和裸片支撑结构，所述裸片支撑结构与所述固定结构固定连接构成t形波片架，远离所述固定结构的所述裸片支撑结构的一端平行设有两个凹槽，所述固定结构的两端均设有一组螺纹槽，位于所述固定结构的两端的任一螺纹槽上均设有相配的螺栓，两个所述凹槽分别固定四分之一波片和二分之一波片。

4、优先的，上述调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，位于所述固定结构的两端的任一螺纹槽上均设有相配的螺栓，所述螺栓将所述波片架固定在nd:yag晶体的输出光的一侧且所述裸片支撑结构垂直于nd：yag晶体的出光方向。

5、优先的，上述调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，每个所述凹槽的宽度比二分之一波片或四分之一波片的厚度大0.2mm。

6、优先的，上述调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，每个所述凹槽的长度为7mm，每个所述凹槽的深度为1-1.5mm。

7、优先的，上述调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，两个所述凹槽之间的距离为1-1.5mm。

8、本发明的目的之二是提供上述波片组结构调整nd：yag激光器输出光偏振的方法，包括以下步骤：

9、s1、根据nd：yag晶体输出光的方向，将波片架的固定结构固定在晶体输出光方向的一侧，使波片支撑结构的竖直方向与nd:yag晶体的出光方向垂直；

10、s2、利用nd：yag激光器中的耦合头，将nd：yag晶体输出的空间光耦合进光纤后，将光纤插入偏振分析仪当中观察晶体出光的偏振消光比；

11、s3、将四分之一波片放入靠近nd:yag晶体一侧的裸片支撑结构凹槽内，沿四分之一波片的轴方向滚动微调四分之一波片的位置至偏振消光比最高且稳定，然后将四分之一波片固定在凹槽内，将二分之一波片放入另一个凹槽内，沿二分之一的轴方向滚动微调二分之一波片的位置至线偏光的轴线与光纤的轴线方向一致，再将二分之一波片固定在另一个凹槽内。

12、优先的，四分之一波片或二分之一波片固定的方式为：利用气压差的作用将胶黏剂挤压至波片和凹槽接触的缝隙内，室温固化。

13、优先的，胶黏剂固化过程中，对nd:yag晶体的出光偏振进行长期测监测，在7d以内nd:yag晶体出光的偏振消光比在32.5db以上，固化后nd:yag晶体的出光偏振消光比在40db以上。

14、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

15、1、本发明利用波片改变激光器的出光偏振不仅提高激光的利用率，而且不改变激光器出光的光路；固定波片的波片架可以将二分之一波片和四分之一波片固定牢靠，出光偏振变化仅有微小波动，并可以保证激光器的结构紧凑几乎不影响激光器的整体封装尺寸及质量。

16、2、利用二分之一波片和四分之一波片将椭圆偏振光转换为线偏振光的原理是：将非平面环形腔的输出光依次通过四分之一波片、二分之一波片；当入射光的偏振方向与四分之一波片两轴之间的夹角为45°时，nd:yag晶体输出的椭圆偏振光变成了线偏振光；线偏振光垂直入射到二分之一波片，透射光仍为线偏振光，假如入射时振动面和晶体主截面之间的夹角为θ，则透射出来的线偏振光的振动面从原来的方位转过2θ角，可以将通过四分之一波片的偏振光的偏振轴方向和单模保偏光纤跳线的偏振轴线对齐，达到更好的出光效果。

17、3、本发明是将原有的椭圆偏振光利用两个波片调整为线偏振光；这种方法与在激光器出口增加起偏器方法的不同是：起偏器是对光的偏振进行选择，只能使激光中的一种偏振模式光通过而其他模式的偏振光无法通过，而本发明是利用波片的方法是将光的偏振进行调整，将椭圆偏振光转换为线偏振光，不改变激光器出光的光路的同时提高激光的利用率，且通过波片架对波片固定牢靠，出光偏振变化仅有微小波动，并可以保证激光器的结构紧凑几乎不影响激光器的整体封装尺寸及质量，对于光的损耗更小，在提高激光偏振度的基础上也提高了光源的利用率，减少了光功率的损失。

技术特征：

1.调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，其特征在于，所述波片组结构包括二分之一波片、四分之一波片和波片架，将四分之一波片和二分之一波片依次固定在波片架上，将波片架固定在nd:yag晶体的输出光的一侧，使晶体的输出光垂直依次射入四分之一波片和二分之一波片。

2.根据权利要求1所述的调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，其特征在于，所述波片架包括固定结构(1)和裸片支撑结构(2)，所述裸片支撑结构(2)与所述固定结构(1)固定连接构成t形波片架，远离所述固定结构(1)的所述裸片支撑结构(2)的一端平行设有两个凹槽(3)，所述固定结构(1)的两端均设有一组螺纹槽(4)，位于所述固定结构(1)的两端的任一螺纹槽(4)上均设有相配的螺栓，两个所述凹槽(3)分别固定四分之一波片和二分之一波片。

3.根据权利要求2所述的调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，其特征在于，所述螺栓将所述波片架固定在nd:yag晶体的输出光的一侧且所述裸片支撑结构(2)垂直于nd：yag晶体的出光方向。

4.根据权利要求3所述的调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，其特征在于，每个所述凹槽(3)的宽度比二分之一波片或四分之一波片的厚度大0.2mm。

5.根据权利要求4所述的调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，其特征在于，每个所述凹槽(3)的长度为7mm，每个所述凹槽(3)的深度为1-1.5mm。

6.根据权利要求5所述的调整nd：yag激光器输出光偏振的波片组结构，其特征在于，两个所述凹槽(3)之间的距离为1-1.5mm。

7.根据权利要求6任一项所述的波片组结构调整nd：yag激光器输出光偏振的方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的波片组结构调整nd：yag激光器输出光偏振的方法，其特征在于，四分之一波片或二分之一波片固定的方式为：利用气压差的作用将胶黏剂挤压至波片和凹槽(3)接触的缝隙内，室温固化。

9.根据权利要求8所述的波片组结构调整nd：yag激光器输出光偏振的方法，其特征在于，胶黏剂固化过程中，对nd:yag晶体的出光偏振进行长期测监测，在7d以内nd:yag晶体出光的偏振消光比在32.5db以上，固化后nd:yag晶体的出光偏振消光比在40db以上。

技术总结
本发明公开了调整Nd：YAG激光器输出光偏振的波片组结构和方法，属于激光光电子技术领域，所述波片组结构包括二分之一波片、四分之一波片和波片架，将四分之一波片和二分之一波片依次固定在波片架上，将波片架固定在Nd:YAG晶体的输出光的一侧，使晶体的输出光垂直依次射入四分之一波片和二分之一波片。本发明利用波片改变Nd：YAG晶体的出光偏振不仅提高晶体激光的利用率，而且不改变晶体出光的光路；固定波片的波片架可以将二分之一波片和四分之一波片固定牢靠，出光偏振变化仅有微小波动，并可以保证激光器的结构紧凑几乎不影响激光器的整体封装尺寸及质量。

技术研发人员：袁文豪,李旭莹,张家瑞,黄鑫,朱德源,陆泽晃
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16