[發明專利]光束偏振旋轉裝置及偏振旋轉方法

有效

• 申請號: 201210332483.6
• 申請日: 2012-09-10
• 公開（公告）號: CN102830500A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 高妍琦;曹兆棟;楊學東;馮偉;劉海輝;馬偉新;朱儉;戴亞平
• 申請（專利權）人: 上海激光等離子體研究所
• 主分類號: G02B27/28
• 分類號: G02B27/28
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術領域

本發明涉及激光系統，特別是一種用于激光系統的光束偏振旋轉裝置及偏振旋轉方法，尤其是一種能夠滿足大口徑、超強、超短激光系統光束偏振控制需求的光束偏振旋轉裝置。

背景技術

偏振旋轉裝置在激光系統中得到了廣泛應用，例如，諧振腔中Q值的改變、放大鏈內光脈沖的捕獲與釋放、光束透反射的轉換等。作為激光系統的核心器件之一，其在激光種子源、放大鏈、測試系統、激光應用系統等各種場合都發揮著不可替代的作用。

目前，用于實現偏振旋轉控制的主要器件是半波片。通過改變半波片快軸與入射光束偏振方向的夾角來改變出射光束的偏振方向。最常用的方式是半波片快軸與入射光束偏振方向的夾角成45度，出射光束偏振方向相比于入射光束的偏振方向改變90度。依靠半波片改變光束偏振方向雖然結構簡單、調試方便，但受限于半波片本身特性，在許多應用中仍面臨一些困難，例如可用口徑有限，損傷閾值較低，對波長敏感，前后表面存在剩余反射等。這些都阻礙了其在激光系統，尤其是大口徑、超強、超短激光系統中的應用。

發明內容

為了克服上述基于半波片的偏振控制器的上述缺點，本發明提供一種用于激光系統的光束偏振旋轉裝置及偏振控制方法，該裝置具有易于實現大口徑、高損傷閾值、高信噪比、寬適用帶寬等特點，能滿足激光系統，尤其是大口徑、超強、超短激光系統光束偏振控制的需求。

本發明的技術解決方案如下：

一種用于激光系統的光束偏振旋轉裝置，其特點是該裝置包括第一零相移反射鏡、第二零相移反射鏡和第三零相移反射鏡，上述元部件的位置關系如下：

所述的第一零相移反射鏡、第二零相移反射鏡和第三零相移反射鏡同時垂直于第四平面，所述的第一零相移反射鏡、第二零相移反射鏡和第三零相移反射鏡的中心構成一個等腰三角形的頂點，所述的第一零相移反射鏡的反射面和第二零相移反射鏡的反射面朝外且分別平分所述的等腰三角形的底角，所述的第三零相移反射鏡與所述的第一零相移反射鏡的中心和第二零相移反射鏡的中心的連線的中垂線垂直，且第三零相移反射鏡的反射面朝向所述的中心連線并與所述的中心連線平行，第三零相移反射鏡的中心位于所述的中垂線上，所述的第一零相移反射鏡的中心和第二零相移反射鏡的中心的連線構成該裝置的參考光軸。

利用上述光束偏振旋轉裝置對激光光束的偏振方向進行旋轉控制的方法，其特點在于該方法包括如下步驟：

①將所述偏振旋轉裝置置于光路中，使所述的參考光軸與系統光軸重合；

②將所述偏振旋轉裝置作為一個整體，繞所述參考光軸旋轉，使所述的第三零相移反射鏡的鏡面與入射光束的偏振方向平行，標記此時為0位；

③將所述偏振旋轉裝置作為一個整體，繞所述參考光軸旋轉，當所述偏振旋轉裝置轉動一個角度θ后，出射光束的偏振方向向相同的方向轉動2θ的角度。

本發明的技術效果是：

1、本發明光束偏振旋轉裝置，利用平面全反射式器件，當入射光束沿本發明光束偏振旋轉裝置的參考光軸方向入射時，入射光束經第一零相移反射鏡、第二零相移反射鏡和第三零相移反射鏡反射后輸出的光束方向保持不變，當該裝置繞所述的參考光軸旋轉一個角度θ后，出射光束的偏振方向向相同的方向轉動2θ的角度。在不改變輸入光束方向及橫向位置的前提下，可實現對光束偏振方向的任意旋轉；

2、本發明可實現大口徑、高損傷閾值、寬帶寬、無剩余反射的光束偏振旋轉功能，可有效地解決激光系統、尤其是大口徑、超短、超強激光系統中光束偏振的旋轉控制的問題，解決了用半波片的口徑受限、損傷閾值受限、可用帶寬受限、剩余反射降低信噪比等諸多問題。

附圖說明

圖1是本發明光束偏振旋轉裝置示意圖

圖中：101-參考光軸，102-第一零相移反射鏡鏡面與參考光軸的夾角ɑ，103-第一零相移反射鏡，104-第一零相移反射鏡和第二零相移反射鏡的中心間距，105-第二零相移反射鏡，106第二零相移反射鏡鏡面與參考光軸的夾角ɑ，107-出射光束，108-參考坐標系Y軸，109-參考坐標系X軸，110-第二零相移反射鏡的法線，111-第三零相移反射鏡中心到參考光軸101的距離，112-第三零相移反射鏡，113-第三零相移反射鏡的法線，114-第一零相移反射鏡的法線，115-入射光束，116-所述光束偏振旋轉裝置整體繞參考光軸101旋轉的旋轉標記。

圖2是本發明用于激光系統的光束偏振旋轉裝置對光束偏振方向旋轉的光路示意圖