一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，包括依次设置的负圆锥镜(1)、正圆锥镜(2)、激光增益介质(3)、平面反射镜(4)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)；平面反射镜(4)下方设置有耦合光学系统(5)和半导体激光阵列(6)；激光增益介质(3)、正圆锥镜(2)、负圆锥镜(1)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)构成激光谐振腔，激光增益介质(3)的右端面为激光谐振腔的输入镜，旋光晶体负圆锥(8)作为激光谐振腔的输出耦合镜。本发明专利技术使激光器输出光束横截面光强中心具有较大暗斑尺寸，偏振分布呈旋转对称分布且偏振方向连续可调，提高了空心激光束的偏振纯度和光束质量。

A Rotationally Symmetric Polarized Hollow Laser with High Polarization Purity and Adjustable Polarization Direction

The invention discloses a rotationally symmetrically polarized hollow laser with high polarization purity and adjustable polarization direction, including a negative cone (1), a positive cone (2), a laser gain medium (3), a planar reflector (4), a positive cone (7) and a negative cone (8), a coupled optical system (5) and a semiconductor laser array (6) under the planar reflector (4). The medium (3), the positive cone (2), the negative cone (1), the positive cone (7) and the negative cone (8) of the rotatory crystal constitute the laser resonator. The right end of the laser gain medium (3) is the input mirror of the laser resonator, and the negative cone (8) of the rotatory crystal serves as the output coupling mirror of the laser resonator. The invention makes the cross-section intensity center of the laser output beam have larger dark spot size, the polarization distribution is rotationally symmetrical and the polarization direction is continuously adjustable, thus improving the polarization purity and beam quality of the hollow laser beam.

【技术实现步骤摘要】
一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器
本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器。
技术介绍
旋转对称偏振光是一种非均匀偏振光，其偏振方向沿着光束横截面的分布为旋转对称分布。在光束中心由于存在位相奇变点和偏振奇点，因此，光束中心强度为零。旋转对称偏振光的特殊强度分布和非均匀偏振分布使其可以用于激光加工、表面等离子体激励和近场扫描显微等应用中。目前已经发展起来各种获得旋转对称偏振光的方法，主要有腔内法和腔外法。腔内法是在激光谐振腔中设置圆形光栅镜或双折射晶体等偏振选择元件使激光器能直接输出旋转对称偏振光，其腔内偏振选择元件制作复杂，稳定性差，而且获得偏折光的纯度不高。腔外法主要通过激励波导的高阶模式、相干合成和液晶扭转等方法，将线偏振光或圆偏振光转化为旋转对称偏振光，这些方法制作工艺复杂，转化效率低，而且获得偏振光的纯度不够理想。此外，上述方法只能获得一个旋转对称方向的偏振光束，光束偏振方向不能连续调节，严重影响了光束应用的灵活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，使激光器输出光束横截面光强中心向具有较大暗斑尺寸，偏振分布呈旋转对称分布且偏振方向连续可调，有效提高了空心激光束的偏振纯度和光束质量。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，包括从左至右依次设置的负圆锥镜、正圆锥镜、激光增益介质、平面反射镜、旋光晶体正圆锥和旋光晶体负圆锥；所述平面反射镜的正下方设置有耦合光学系统和半导体激光阵列；所述激光增益介质、正圆锥镜、负圆锥镜、旋光晶体正圆锥和旋光晶体负圆锥构成激光谐振腔，激光增益介质的右端面为激光谐振腔的输入镜，旋光晶体负圆锥作为激光谐振腔的输出耦合镜；泵浦光束发出的泵浦光经过耦合光学系统由平面反射镜将泵浦光通过端面泵浦方式耦合到增益介质中，当达到激光阈值后在谐振腔内产生激光振荡。优选地，所述负圆锥镜、正圆锥镜、激光增益介质、平面反射镜、旋光晶体正圆锥和旋光晶体负圆锥的中心位于同一水平直线上；所述平面反射镜的设置角度与水平方向呈45度夹角，且平面反射镜、耦合光学系统和半导体激光阵列的中心位于同一竖直直线上。优选地，所述负圆锥镜的锥角β＝2θB，正圆锥镜的锥角α＝π-2θB，其中，θB为光束在正圆锥镜母线的入射角，该入射角为布儒斯特角，由正、负圆锥组合构成望远系统：腔内激光束入射到正圆锥镜的母线上，当正圆锥镜的锥角α＝π-2θB，光束经正圆锥镜一条母线反射的光束为线偏振光(S波),对整个2π方向上看(旋转一周)，从所有母线的反射光的偏振为旋转对称；当负圆锥镜的锥角β＝2θB，正、负圆锥镜组合构成望远系统，将旋转对称偏振光变换成水平方向；当旋光晶体正圆锥的锥角和旋光负圆锥的锥角相等时，旋转对称偏振空心光束由旋光晶体负圆锥的底面平行输出。优选地，所述旋光晶体正圆锥和旋光晶体负圆锥均由石英晶体制成，旋光晶体正圆锥和旋光晶体负圆锥的光轴垂直于各自的底面；旋光晶体正圆锥的正锥角与旋光晶体负圆锥的负锥角相等，且处于30°-60°之间；根据晶体的旋光特性，当一定波长的偏振光沿着旋光晶体光轴方向通过时，其振动面会转动一个角度，光矢量转过的角度与该通过物质的距离成正比；当调节旋光晶体正圆锥和旋光负圆锥之间的距离时，通过旋光晶体正圆锥的锥角和旋光负圆锥距离之和会就发生改变，从而可以改变出射空心光束的偏振方向。当沿轴调节负圆锥镜时，旋转对称偏振光束的偏振方向也会连续变化。优选地，所述负圆锥镜的锥面对激光波长镀高反射膜；正圆锥镜的锥面不镀膜，所述激光增益介质对泵浦波长镀增透膜，同时激光增益介质的右端面对激光波长镀高反射膜；所述平面反射镜对泵浦波长镀高反射膜；所述旋光晶体正圆锥对激光波长镀增透膜；所述旋光晶体负圆锥的锥面对激光波长镀增透膜，其底面对激光波长镀10％的介质膜。本专利技术的有益效果是：本专利技术输出光束横截面光强中心向具有较大暗斑尺寸，偏振分布呈旋转对称分布且偏振方向连续可调，有效提高了空心激光器的偏振纯度和光束质量。附图说明图1为本专利技术激光器的结构示意图；图2为高偏振纯度大暗斑旋光旋转对称偏振截面示意图；图3为可调旋转对称偏振光束偏振方向的原理图；图4为负圆锥镜截面示意图；图5为正圆锥镜截面示意图；图中，1-负圆锥镜，2-正圆锥镜，3-激光增益介质，4-平面反射镜，5-耦合光学系统，6-半导体激光阵列，7-旋光晶体正圆锥，8-旋光晶体负圆锥。具体实施方式下面结合附图进一步详细描述本专利技术的技术方案，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1所示，一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，包括从左至右依次设置的负圆锥镜1、正圆锥镜2、激光增益介质3、平面反射镜4、旋光晶体正圆锥7和旋光晶体负圆锥8；所述平面反射镜4的正下方设置有耦合光学系统5和半导体激光阵列6；所述激光增益介质3、正圆锥镜2、负圆锥镜1、旋光晶体正圆锥7和旋光晶体负圆锥8构成激光谐振腔，激光增益介质3的右端面为激光谐振腔的输入镜，旋光晶体负圆锥8作为激光谐振腔的输出耦合镜。其中，所述负圆锥镜1、正圆锥镜2、激光增益介质3、平面反射镜4、旋光晶体正圆锥7和旋光晶体负圆锥8的中心位于同一水平直线上；所述平面反射镜4的设置角度与水平方向呈45度夹角，且平面反射镜4、耦合光学系统5和半导体激光阵列6的中心位于同一竖直直线上。其中，所述负圆锥镜1的锥角β＝2θB，正圆锥镜2的锥角α＝π-2θB，其中，θB为光束在正圆锥镜2母线的入射角，该入射角为布儒斯特角，由正、负圆锥组合构成望远系统。腔内激光束入射到正圆锥镜2的母线上，当正圆锥镜2的锥角α＝π-2θB，光束经正圆锥镜2一条母线反射的光束为线偏振光S波,对整个2π方向上看，从所有正圆锥镜2母线的反射光的偏振为旋转对称偏振；当负圆锥镜1的锥角β＝2θB，正圆锥镜2和负圆锥镜1组合构成望远系统，将旋转对称偏振光束的传播方向变换成水平方向；旋转对称偏振光经过旋光晶体正圆锥7和旋光晶体负圆锥8，当旋光晶体正圆锥7的锥角和旋光负圆锥8的锥角相等时，旋转对称偏振光束旋光晶体负圆锥底面平行输出，输出光束横截面示意图如图2所示，光束的特点为光束的横截面具有较大空心区域、光束的偏振方向为旋转对称偏振、光束具有极高的偏振纯度以及光束的偏振方向连续调节。如图3所示，为可调旋转对称偏振光束偏振方向的原理图，原理的计算过程如下：设旋光晶体正圆锥镜7与旋光晶体负圆锥镜8的锥角为γ，旋光晶体正圆锥镜7的底面与顶点分别到光束与其母线交点的沿轴距离为l0和l1，旋光晶体正圆锥镜7底面上的光束半径为ω1，旋光晶体负圆锥镜8母线上的光束半径为ω2，旋光晶体负圆锥镜8的顶点到光束与其母线交点的沿轴距离为l2，旋光晶体负圆锥镜8的顶点到底面的距离为d，光束经旋光晶体正圆锥镜7折射后与水平轴线的夹角为ρ，且与轴线的交点为A，A点到旋光晶体负圆锥镜8的底面距离为l3。圆锥镜7的偏折角ρ为：根据几何关系可得将(3)式代入(2)式得将(4)和(5)式代入(6)式得将(1)式代入(7)式得因此，光束在旋光晶体正圆锥镜7与旋光晶体负圆锥镜8内通过的距离L＝l0+d+l2。根本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，其特征在于：包括从左至右依次设置的负圆锥镜(1)、正圆锥镜(2)、激光增益介质(3)、平面反射镜(4)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)；所述平面反射镜(4)的正下方设置有耦合光学系统(5)和半导体激光阵列(6)；所述激光增益介质(3)、正圆锥镜(2)、负圆锥镜(1)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)构成激光谐振腔，激光增益介质(3)的右端面为激光谐振腔的输入镜，旋光晶体负圆锥(8)作为激光谐振腔的输出耦合镜。

【技术特征摘要】
1.一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，其特征在于：包括从左至右依次设置的负圆锥镜(1)、正圆锥镜(2)、激光增益介质(3)、平面反射镜(4)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)；所述平面反射镜(4)的正下方设置有耦合光学系统(5)和半导体激光阵列(6)；所述激光增益介质(3)、正圆锥镜(2)、负圆锥镜(1)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)构成激光谐振腔，激光增益介质(3)的右端面为激光谐振腔的输入镜，旋光晶体负圆锥(8)作为激光谐振腔的输出耦合镜。2.根据权利要求1所述的一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，其特征在于：所述负圆锥镜(1)、正圆锥镜(2)、激光增益介质(3)、平面反射镜(4)、旋光晶体正圆锥(7)和旋光晶体负圆锥(8)的中心位于同一水平直线上。3.根据权利要求3所述的一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，其特征在于：所述平面反射镜(4)的设置角度与水平方向呈45度夹角，且平面反射镜(4)、耦合光学系统(5)和半导体激光阵列(6)的中心位于同一竖直直线上。4.根据权利要求1所述的一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器，其特征在于：所述负圆锥镜(1)的锥角β＝2θB，正圆锥镜(2)的锥角α＝π-2θB，其中，θB为光束在正圆锥...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彦飞，史衍丽，夏菁，杨睿，刘会龙，胡总华，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53