一种基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器的制作方法

1.本发明属于激光技术领域，具体涉及一种基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器，能够输出波长可变，且偏振功率可调的正交偏振双波长激光器。


背景技术：

2.波长相近、具有正交偏振态的双波长激光器，其包含的两束激光均为线偏振光，且呈现正交偏振态，两束正交偏振态的激光波长相近。
3.该双波长激光器，因其独特的偏振特性，被广泛应用于激光医疗、光谱分析、激光测距、激光雷达、太赫兹波等方面。
4.采用激光晶体可以获得双波长激光输出，受晶体晶格结构的影响，各向同性结构的激光晶体难以产生偏振激光，大多数需要通过谱线抑制或偏振调制的手段获得无偏的双波长激光输出。而各向异性结构的激光晶体不同能级及其子能级之间的跃迁发射的不同偏振谱线具有正交偏振特性，通过不同的切割方向即可获得特定波段的正交偏振双波长输出。
5.尤其是掺钕nd
3+
的各向异性激光晶体常作为获得正交偏振双波长的工作介质。如nd:ylf（optics letter, vol.40, p3979-3981, 2010；cn102468599b）、nd:yag（photonics research, vol.6(8), p815-820, 2018）等晶体，在泵浦光的作用下，通过合适的选频方式、谐振腔设计和偏振控制，实现正交偏振双波长激光同光路输出。
6.近年来，相关学者对正交偏振双波长的相关特性进行了更深入的研究。如，通过利用kgw类晶体在不同偏振方向上拉曼主峰频移不同，再结合半波片实现对正交偏振输出光中两个波长的功率调节（cn111180987a），其功率调节方式简单，但是输出的激光波长固定，难以实现灵活调谐。或是通过两套泵浦源对两种工作介质进行抽运，控制抽运功率，达到调节输出双波长功率的效果，两套独立的晶体温控系统，在改变工作介质的中心温度时，使得输出激光的波长发生漂移，基于此系统在控制输出功率的同时能对波长进行调节，但是其整体结构复杂，易受温度干扰。
7.因此，如何通过一种简便、易于操作的方式，实现正交偏振双波长激光器，且对输出激光的波长和功率均可以进行调节，成为现有技术亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的在于提出一种基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器。利用声光滤波器的
±
1衍射光为相互正交偏振且调谐关系不同的特性，获得波长相近、正交偏振的双波长激光输出，通过射频频率和偏振控制，实现对输出激光的波长调谐、功率调节。
9.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器，包括：宽带光源、半波片，声光滤波器、射频驱动、第一光楔角块、第二光楔角块、反射镜和偏振分光棱镜；
其中所述宽带光源，用于发射出第一线偏振光，所述半波片，用于控制第一线偏振光的偏振方向，得到第二线偏振光，所述第二线偏振光入射至声光滤波器；所述声光滤波器，用于在所述射频驱动的控制下，使得经过的第二线偏振光发生衍射，衍射出+1级o光和-1级e光，其中o光和e光相互正交偏振；所述射频驱动与声光滤波器相连，用于控制超声波的产生和频率；所述第一光楔角块，用于将所述+1级o光入射至偏振分光棱镜；所述第二光楔角块，用于将所述-1级e光入射至偏振分光棱镜；具体的，所述反射镜，用于将经过所述第一光楔角块的所述+1级o光和经过所述第二光楔角块的所述-1级e光中的一束引导入射至偏振分光棱镜；经过所述第一光楔角块的所述+1级o光和经过所述第二光楔角块的所述-1级e光中的另外一束直接入射至所述偏振分光棱镜；所述偏振分光棱镜，用于将入射的所述+1级o光和所述-1级e光同光路合束输出。
10.可选的，在所述声光滤波器相对于所述半波片的另外一侧，还具有遮光板，所述遮光板与所述宽带光源、半波片和所述声光滤波器位于同一光轴上。
11.可选的，所述宽带光源的波长根据需要进行选择。
12.可选的，所述宽带光源为sled光源，带宽》40nm。
13.可选的，所述半波片、声光滤波器、第一光楔角块和第二光楔角块镀对应光束波长的增透膜；所述反射镜镀对应光束波长的高反膜；所述偏振分光棱镜的反射斜面镀对应光源波长的偏振膜，透射端面镀对应光源波长的增透膜。
14.可选的，所述声光滤波器基于反常声光效应工作，其选用的声光介质为离轴型慢切波二氧化碲,发生声光衍射时，衍射光的偏振态发生变化；其+1级和-1级衍射光具有不同但相近的调谐关系，同时输出波长相近的正交偏振双波长激光。
15.可选的，所述半波片可旋转，通过旋转所述半波片改变入射线偏振光的偏振方向，控制第二线偏光中e光和o光两个偏振方向上的分量比，实现对输出正交偏振双波长的功率调节。
16.可选的，所述遮光板为表面黑色氧化且喷砂处理的金属面板。
17.本发明具有如下的优点：1、利用半波片调节入射光的偏振态，从而控制经过声光滤波器后的o光和e光比例，实现对输出正交偏振双波长的功率调节。
18.2、通过改变射频驱动输出的频率信号f，调整
±
1衍射光的波长，可以控制最终输出的衍射波长λ。
19.3、通过第一光楔角块和第二光楔角块用于减少色散带来的衍射光漂移。
附图说明
20.图1为根据本发明具体实施例的基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器的结构示意图。
21.图2 为根据本发明具体实施例的在1060
±
30nm波长范围内正交偏振光的第一组调谐关系。
22.图3 为根据本发明具体实施例的在1060
±
30nm波长范围内正交偏振光的第二组调谐关系。
23.图4为根据本发明具体实施例的在600-1400nm波长范围内正交偏振光的一组调谐关系。
24.图中的附图标记所分别指代的技术特征为：10、宽带光源；11、半波片；12、第一线偏振光；13、第二线偏振光；20、射频驱动；21、声光滤波器；22、部分光；23、o光；24、e光；4、遮光板；5、第一光楔角块；6、第一光楔角块；7、反射镜；8、偏振分光棱镜。
实施方式
25.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
26.本发明主要在于：利用偏振宽带光源作为光源，利用半波片调节入射光的偏振态，从而控制经过声光滤波器后的o光和e光比例，进而调整光束的功率，通过声光滤波器调整
±
1衍射光的波长，最终将两束光进行合束，从而得到波长相近、正交偏振的双波长激光。
27.具体的，参见图1，示出了基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器，包括：宽带光源10、半波片11，声光滤波器21、射频驱动20、第一光楔角块5、第二光楔角块6、反射镜7和偏振分光棱镜8；其中宽带光源10，用于发射出高偏振度的第一线偏振光12，在一个可选的实施例中，所述宽带光源为sled光源，带宽》40nm。
28.所述宽带光源10的波长可以根据需要进行选择，例如可以为1060
±
30nm波长范围，或者600-1400nm波长范围。
29.所述半波片11，用于控制第一线偏振光12的偏振方向，得到第二线偏振光13，所述第二线偏振光13入射至声光滤波器21；所述声光滤波器21，用于在所述射频驱动20的控制下，使得经过的第二线偏振光13发生衍射，衍射+1级o光23和-1级e光24，其中o光23和e光24相互正交偏振；所述射频驱动20与声光滤波器21相连，用于控制超声波的产生和频率；所述第一光楔角块5，用于将所述+1级o光23入射至反射镜7；所述第二光楔角块6，用于将所述-1级e光24直接入射至偏振分光棱镜8；在本发明中，所述第一光楔角块和第二光楔角块用于减少色散带来的衍射光漂移。
30.所述反射镜7，将所述+1级o光入射至偏振分光棱镜8；所述偏振分光棱镜8，用于将入射的所述+1级o光和所述-1级e光同光路合束输出。
31.在一个可选的实施例中，+1级o光23经过第一光楔角块5后，由反射镜7反射进入偏振分光棱镜8后反射出o光，而-1级e光24经过第二光楔角块6后直接入射到偏振分光棱镜8后透射出e光，通过调节反射镜7和偏振分光棱镜8的角度，使两级光束（23、24）均垂直入射到偏振分光棱镜8表面，最终同光路输出两束正交偏振光。
32.本发明不以此为限，也可以使得-1级e光24经反射镜入射至偏振分光镜，+1级o光
23直接入射至偏振分光镜8，偏振分光镜8将两束光束进行合束。
33.进一步的，在所述声光滤波器21相对于所述半波片11的另外一侧，还具有遮光板4，所述遮光板4与所述宽带光源10、半波片11和所述声光滤波器21位于同一光轴上，能够遮挡未发生衍射的部分光22。示例性的，所述遮光板4可以为表面黑色氧化且喷砂处理的金属面板。
34.所述声光滤波器基于反常声光效应工作，其选用的声光介质为离轴型慢切波二氧化碲,发生声光衍射时，衍射光的偏振态会发生变化。其+1级和-1级衍射光具有不同但相近的调谐关系，可同时输出波长相近的正交偏振双波长激光。
35.具体的，声光滤波器21采用与[110]方向（也称为t方向）具有一定声离轴角的超声波模式。在此声波模式下，声光衍射存在e
ꢀ→
o衍射模式和o
ꢀ→ꢀ
e衍射模式，两种衍射模式类似，下面以e
ꢀ→
o衍射模式的声光互作用进行分析。在声光互作用平面内，入射光波矢量ki，衍射光波矢量kd和超声波矢量ka满足动量匹配条件（kd=ki+ka）。e
ꢀ→
o衍射模式中入射光为e光，发生声光效应后，得到的衍射光为o光，其入射光折射率n
ie
和衍射光折射率n
do
分贝表示为：
[0036]
式中，θi和θ
do
为入射极角和衍射极角；ne和no为二氧化碲晶体e光和o光的折射率，与波长存在函数关系。
[0037]
结合切线平行条件可知：
[0038]
进而可以得到e
ꢀ→
o衍射模式下，非共线声光滤波器的调谐关系为：
[0039]
同理可得，o
ꢀ→ꢀ
e衍射模式下，非共线声光滤波器的调谐关系为：
[0040]
式中，v
t
为沿t方向的慢切变波速度，vz为沿z方向的快切变波速度，θa为晶体在tz平面内声波矢量与t轴的夹角，也叫作离轴角。
[0041]
根据两种衍射模式对应的调谐关系可知，非共线声光滤波器再同一个射频信号下，两级衍射光为相互正交偏振且波长相近的，通过改变射频驱动输出的频率信号f，可以控制最终输出的衍射波长λ。
[0042]
相互正交偏振的o光和e光两级衍射光的功率比例依赖于入射到声光滤波器中e光和o光分量，通过旋转半波片11改变高偏振宽带光源10的偏振方向，控制第二线偏光13中e光和o光两个偏振方向上的分量比，实现对输出正交偏振双波长的功率调节。
[0043]
进一步的，所述半波片11、声光滤波器21、第一光楔角块5和第二光楔角块6镀对应光源波长的增透膜；所述反射镜7镀对应宽带光源10波长的高反膜；所述偏振分光棱镜8的反射斜面镀对应光源波长的偏振膜，透射端面镀对应光源波长的增透膜。
[0044]
如下示出了本发明对应的三个实施例：
实施例
[0045]
图2所示为1060
±
30nm波长范围内正交偏振光的一组调谐关系，采用的非共线声光滤波器的离轴角为15
°
，入射极角为36.8
°
。可以看出输出的o光和e光的调谐关系不同但相近，调节射频驱动的频率可以输出不同组波长的o光和e光。比如，在113.2mhz频率下，输出1064nm的o光和1083nm的e光；在115mhz频率下，则输出1049nm的o光和1067nm的e光。
[0046]
实施例二图3所示为1060
±
30nm波长范围内正交偏振光的第二组调谐关系，采用的非共线声光滤波器的离轴角为13
°
，入射极角为31
°
。通过改变声光滤波器晶体的参数可以控制输出的调谐关系，在这组调谐关系下，频率为96.9mhz时，输出1049nm的o光和1081nm的e光。
[0047]
实施例三图4所示为600-1400nm波长范围内正交偏振光的一组调谐关系，采用的非共线声光滤波器的离轴角为15
°
，入射极角为36.8
°
。对声光滤波器的带宽优化后，可适用于更宽的波长范围，如图4中的调谐关系，在158.6mhz频率下，输出780nm的o光和793nm的e光；在88.8mhz频率下，则输出1342nm的o光和1366nm的e光。
[0048]
离轴角和入射极角为慢切波二氧化碲晶体的特征参数，通过对晶体进行设计加工来实现。不同设计的晶体的调谐曲线不一样，能够根据使用需求进行选择，比如实施例一中射频驱动频率为115m，输出1049nm的o光和1067nm的e光，波长间隔是18nm；实施例二中射频驱动频率为96,9m，输出1049nm的o光和1081nm的e光，波长间隔是32nm。虽然得到都具有1049nm的o光波长，但是使用的频率不同，对照的e光也不同，波长间隔也不同。
[0049]
综上，本发明具有如下的优点：1、利用半波片调节入射光的偏振态，从而控制经过声光滤波器后的o光和e光比例，实现对输出正交偏振双波长的功率调节。
[0050]
2、通过改变射频驱动输出的频率信号f，调整
±
1衍射光的波长，可以控制最终输出的衍射波长λ。
[0051]
3、通过第一光楔角块和第二光楔角块用于减少色散带来的衍射光漂移。
[0052]
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

技术特征：
1.一种基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：宽带光源、半波片，声光滤波器、射频驱动、第一光楔角块、第二光楔角块、反射镜和偏振分光棱镜；其中所述宽带光源，用于发射出第一线偏振光，所述半波片，用于控制第一线偏振光的偏振方向，得到第二线偏振光，所述第二线偏振光入射至声光滤波器；所述声光滤波器，用于在所述射频驱动的控制下，使得经过的第二线偏振光发生衍射，衍射出+1级o光和-1级e光，其中o光和e光相互正交偏振；所述射频驱动与声光滤波器相连，用于控制超声波的产生和频率；所述第一光楔角块，用于将所述+1级o光入射至偏振分光棱镜；所述第二光楔角块，用于将所述-1级e光入射至偏振分光棱镜；具体的，所述反射镜，用于将经过所述第一光楔角块的所述+1级o光和经过所述第二光楔角块的所述-1级e光中的一束引导入射至偏振分光棱镜；经过所述第一光楔角块的所述+1级o光和经过所述第二光楔角块的所述-1级e光中的另外一束直接入射至所述偏振分光棱镜；所述偏振分光棱镜，用于将入射的所述+1级o光和所述-1级e光同光路合束输出。2.根据权利要求1所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：在所述声光滤波器相对于所述半波片的另外一侧，还具有遮光板，所述遮光板与所述宽带光源、半波片和所述声光滤波器位于同一光轴上。3.根据权利要求1或2所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：所述宽带光源的波长根据需要进行选择。4.根据权利要求3所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：所述宽带光源为sled光源，带宽>40nm。5.根据权利要求3所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：所述半波片、声光滤波器、第一光楔角块和第二光楔角块镀对应光束波长的增透膜；所述反射镜镀对应光束波长的高反膜；所述偏振分光棱镜的反射斜面镀对应光源波长的偏振膜，透射端面镀对应光源波长的增透膜。6.根据权利要求3所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：所述声光滤波器基于反常声光效应工作，其选用的声光介质为离轴型慢切波二氧化碲,发生声光衍射时，衍射光的偏振态发生变化；其+1级和-1级衍射光具有不同但相近的调谐关系，同时输出波长相近的正交偏振双波长激光。7.根据权利要求3所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：所述半波片可旋转，通过旋转所述半波片改变入射线偏振光的偏振方向，控制第二线偏光中e光和o光两个偏振方向上的分量比，实现对输出正交偏振双波长的功率调节。8.根据权利要求2所述的可调正交偏振双波长激光器，其特征在于，包括：所述遮光板为表面黑色氧化且喷砂处理的金属面板。

技术总结
一种基于声光滤波器的可调正交偏振双波长激光器，包含宽带光源、半波片，声光滤波器、射频驱动、遮光板、第一光楔角块、第二光楔角块、反射镜和偏振分光棱镜。通过半波片控制宽带光源的偏振方向，具有一定角度的线偏振光经过声光滤波器后，在特定频率的超声波作用下将衍射出与之匹配的


技术研发人员：李锟影 陈秋华 王城强 许智宏 陈伟 张星
受保护的技术使用者：福建福晶科技股份有限公司
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/9/6