李淥潔+++劉航
摘 要:文章提出了一種利用單塊λ/4波片對(duì)激光晶體的熱致雙折射效應(yīng)補(bǔ)償?shù)男滦碗p棒串接諧振腔結(jié)構(gòu)。采用瓊斯矩陣分析法,分析了四分之一波片對(duì)熱致雙折射效應(yīng)的補(bǔ)償作用,結(jié)合實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證含四分之一波片的雙棒串接諧振腔對(duì)熱致雙折射效應(yīng)的補(bǔ)償效果。
關(guān)鍵詞:四分之一波片;雙棒串接;熱致雙折射
雙棒串接激光器工作時(shí),部分泵浦光轉(zhuǎn)換為熱量沉積于激光棒內(nèi),激光棒表面熱量被冷卻水帶走,造成激光棒表面溫度低于內(nèi)部溫度,進(jìn)而引起激光棒內(nèi)的折射率發(fā)生改變,x軸偏振折射率與y軸偏振折射率不相等,這種現(xiàn)象為熱致雙折射效應(yīng)。由于熱致雙折射效應(yīng)的存在,激光束在激光諧振腔內(nèi)傳播,其偏振態(tài)發(fā)生了改變,進(jìn)而導(dǎo)致了輸出激光功率降低和光束質(zhì)量下降。為獲得高效率、高質(zhì)量的激光通常需要降低激光棒的熱致雙折射效應(yīng)對(duì)激光輸出的影響,即對(duì)雙折射效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償[1,2]。熱致雙折射效應(yīng)的原因,激光束經(jīng)過激光棒后,兩個(gè)正交偏振態(tài)產(chǎn)生位相差。激光束中兩個(gè)垂直偏振分量得到相同的相位延遲即為雙折射補(bǔ)償?shù)哪康?,最終達(dá)到無位相差的效果。采用交換兩個(gè)偏振分量方式補(bǔ)償熱致雙折射效應(yīng),如激光棒與反射鏡間插入90°旋轉(zhuǎn)器[3,4]或雙棒間插入45°法拉第旋轉(zhuǎn)器[5]。本文提出單λ/4波片雙棒串接激光器,即在全反鏡與激光棒間插入λ/4波片。
1 理論
全反鏡與Nd:YAG晶體棒間放置λ/4波片。激光在諧振腔內(nèi)傳播一次,往返經(jīng)過λ/4波片兩次。假設(shè)激光棒1因雙折射效應(yīng)而引起的相位延遲為δ1,激光棒2因雙折射效應(yīng)而引起的相位延遲為δ2,則:
當(dāng)λ/4波片的快軸與x軸成45°角時(shí),光束在λ/4波片串接腔內(nèi)往返一周的瓊斯矩陣M表達(dá)式為:
任意偏振態(tài)的入射光,經(jīng)過此結(jié)構(gòu)后出射光為:
由上式可得,入射光和出射光的x和y偏振分量進(jìn)行了交換;X和y偏振分量有相同的相位延遲,滿足雙折射補(bǔ)償條件,則雙折射效應(yīng)得到了補(bǔ)償。
2 實(shí)驗(yàn)
本實(shí)驗(yàn)采用如圖1所示的結(jié)構(gòu)。雙棒串接諧振腔采用對(duì)稱平面腔型。全反鏡和輸出鏡都是平面鏡。輸出鏡一面鍍反射率為80%的反射膜,另一面不鍍膜。Nd:YAG激光棒直徑為3mm,長(zhǎng)度為65mm,摻雜濃度為1%。泵浦源的總輸出功率為180W。輸出鏡到激光棒1的距離為12cm,兩激光棒間距8cm,激光棒2到全反鏡距離12cm。在λ/4波片不同擺放角度下,單λ/4波片雙棒串接激光器的輸出功率,如圖2所示。
單λ/4波片雙棒串接激光器能對(duì)兩個(gè)激光棒的熱致雙折射效應(yīng)進(jìn)行充分補(bǔ)償。因此,本文提出的單λ/4波片雙棒串接激光器獲得高功率、高光束質(zhì)量的激光輸出的最佳方案。
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