本發(fā)明屬于激光光學技術領域，特別是有關激光器諧振腔控制偏振輸出的技術，涉及一種偏振可控的激光諧振腔鏡。

背景技術：

偏振態(tài)是表征激光性能的重要參數(shù)之一，長期以來人們一直致力于提升激光的功率和光束質量，但是對偏振態(tài)的研究卻相對較少。在激光的應用方面，對偏振光的需求不盡相同，如在激光加工技術領域中，徑向偏振光和圓偏振光的切割效果優(yōu)于線偏振光，在切割效率上P偏振光、徑向偏振光和圓偏振光的效率各不相同。在激光測量與探測上，可以用于樣品的應力分布測試，在氣象上可以測量云、霧、雨的偏振特性等。在激光主動成像與探測技術應用上，增加偏振特性的探測，可實現(xiàn)多維度的激光成像與探測。

目前，實現(xiàn)激光偏振態(tài)的控制方法主要以下幾種：1)利用原子在磁場下的效應，通過控制激光工作物質實現(xiàn)偏振控制；2)通過改變諧振腔長度調整激光縱模的模式數(shù)；3)在激光光路中加入布儒斯特窗口，利用布儒斯特效應實現(xiàn)S和P偏振態(tài)的調整；4)通過改變激光諧振的結構，實現(xiàn)不同本征偏振態(tài)的輸出；5)采用反射鏡的相移膜和偏振分束薄膜實現(xiàn)偏振態(tài)控制；6)采用偏振片或波片等光學元件放置于激光器出射光束的光路中的方法實現(xiàn)偏振態(tài)轉換；7)在激光器出射端面集成等離子體納米器件,實現(xiàn)對激光偏振態(tài)的控制。在這些方法的應用中，如采用布儒斯特式窗片實現(xiàn)S和P偏振態(tài)的控制問題，一般不能采用正入射的方式；如果在激光諧振腔鏡上直接控制S偏振或P偏振輸出，對于激光的應用可以減少偏振控制的附加元件，如何在正入射的情況下通過諧振腔鏡實現(xiàn)S或P偏振的輸出則具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

本發(fā)明要解決的技術問題是：在不使用平板偏振片或布儒斯特式諧振腔腔鏡的方式下，如何在諧振腔鏡上同時實現(xiàn)高反射和偏振控制，簡化諧振腔結構實現(xiàn)激光諧振腔的偏振輸出。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種偏振可控的激光諧振腔鏡，其包括：第一直角棱鏡A和第二直角棱鏡B，第一直角棱鏡A的三個側面分別記為：第一直角表面a、第二直角表面b和第一斜面c，第二直角棱鏡B的兩個相鄰的側面分別記為：第三直角表面d和第二斜面c’；第一直角棱鏡A和第二直角棱鏡B膠合，膠合面為兩直角棱鏡的第一斜面c和第二斜面c’，第一直角表面a和第三直角表面d相對，第二直角表面b和第三直角表面d相鄰；第一直角表面a上制備減反射薄膜，第二直角表面b上制備高反射薄膜，第三直角表面d上制備減反射薄膜，第二斜面c’制備S偏振和P偏振分光薄膜。

其中，所述第一直角棱鏡A和第二直角棱鏡B均為等腰直角棱鏡。

其中，膠合后的所述激光諧振腔鏡在應用時，以第一直角表面a的法線方向為入射方向。

其中，所述第一直角表面a和第三直角表面d的減反射薄膜結構為Sub/αHβL/Air，其中Sub為基底，Air為空氣，α和β分別為高、低折射率膜層的光學厚度系數(shù)，如下所示：

$\mathrm{\α}=\frac{2}{\mathrm{\π}}atan\left(\sqrt{\frac{(n_s-n_0)(n_0{n}_s-n_L^2)n_H^2}{(n_L^2{n}_s-n_0{n}_H^2)(n_H^2-n_0{n}_s)}}\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{\β}=\frac{2}{\mathrm{\π}}atan\left(\sqrt{\frac{(n_s-n_0)(n_H^2-n_0{n}_s)n_L^2}{(n_L^2{n}_s-n_0{n}_H^2)(n_0{n}_s-n_L^2)}}\right)---\left(2\right)$

其中，減反射薄膜的薄膜結構采用兩種薄膜材料，折射率分別為n_H和n_L，其中n_H>n_L，棱鏡的折射率為ns，空氣折射率為n₀，激光工作波長為λ₀，用H和L分別代表為高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

其中，所述第二直角表面b的高反射薄膜結構為Sub/1H(1L1H)^m 2L/Air，其中，Sub為基底，Air為空氣，H和L分別代表為高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

其中，所述第二斜面c’的偏振分光薄膜結構為Sub/(1.1637H1.6351L)^n 1.1637H/Sub，Sub為基底，H和L分別代表為高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

其中，所述第一直角棱鏡A和第二直角棱鏡B選用熔融石英作為棱鏡材料，兩個棱鏡表面的膜層材料中，高折射率膜層材料為五氧化二鉭，低折射率膜層材料為二氧化硅。

其中，第一直角棱鏡A的第一直角表面a上減反射薄膜結構為：

Sub/0.3608H 1.3181L/Air。

其中，第一直角棱鏡A的第一直角表面b上高反射薄膜結構為：

Sub/1H(1L 1H)^15 2L/Air。

其中，第二直角棱鏡B的第二斜面c’上分光薄膜結構為：

Sub/(1.1637H 1.6351L)^12 1.1637H/Sub。

(三)有益效果

上述技術方案所提供的偏振可控的激光諧振腔鏡，通過棱鏡的方式實現(xiàn)偏振控制，可不采用布儒斯特式諧振腔鏡或者平板偏振片，可有效保證激光輸出的偏振特性，降低偏振輸出的角度敏感性，進而可有效地實現(xiàn)諧振腔小型化和充分利用諧振腔內的激光能量，有助于降低激光器系統(tǒng)的復雜性并提高可靠性。

附圖說明

圖1-激光諧振腔鏡示意圖。

圖2-棱鏡A的示意圖。

圖3-棱鏡B的示意圖。

圖4-棱鏡A的a面/棱鏡B的d面減反射膜光譜透射率。

圖5-棱鏡A的b面高反射薄膜光譜反射率。

圖6-棱鏡B的c面偏振分光光譜反射率。

圖7-正入射偏振控制反射鏡的光譜反射率。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、內容、和優(yōu)點更加清楚，下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。

參照圖1至圖3所示，本實施例激光諧振腔鏡包括直角棱鏡A和直角棱鏡B，直角棱鏡A的三個側面分別記為：直角表面a、直角表面b和斜面c，直角棱鏡B的兩個相鄰的側面分別記為：直角表面d和斜面c’；直角棱鏡A和直角棱鏡B膠合，膠合面為兩直角棱鏡的斜面c和斜面c’，直角表面a和直角表面d相對，直角表面b和直角表面d相鄰；直角表面a上制備減反射薄膜，直角表面b上制備高反射薄膜，直角表面d上制備減反射薄膜，斜面c’制備S偏振和P偏振分光薄膜。

其中，直角棱鏡A和直角棱鏡B均為等腰直角棱鏡。

膠合后的激光諧振腔鏡在應用時，以直角表面a的法線方向為入射方向。

直角表面a和直角表面d的減反射薄膜結構為Sub/αHβL/Air，其中Sub為基底，Air為空氣，α和β分別為高、低折射率膜層的光學厚度系數(shù)，如下所示：

$\mathrm{\α}=\frac{2}{\mathrm{\π}}atan\left(\sqrt{\frac{(n_s-n_0)(n_0{n}_s-n_L^2)n_H^2}{(n_L^2{n}_s-n_0{n}_H^2)(n_H^2-n_0{n}_s)}}\right)---\left(1\right)$

$\mathrm{\β}=\frac{2}{\mathrm{\π}}atan\left(\sqrt{\frac{(n_s-n_0)(n_H^2-n_0{n}_s)n_L^2}{(n_L^2{n}_s-n_0{n}_H^2)(n_0{n}_s-n_L^2)}}\right)---\left(2\right)$

其中，減反射薄膜的薄膜結構采用兩種薄膜材料，折射率分別為n_H和n_L(其中n_H>n_L)，棱鏡的折射率為ns，空氣折射率為n₀，激光工作波長為λ₀，用H和L分別代表為高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

直角表面b的高反射薄膜結構為Sub/1H(1L 1H)^m 2L/Air，其中，Sub為基底，Air為空氣，H和L分別代表為高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

斜面c’的偏振分光薄膜結構為Sub/(1.1637H 1.6351L)^n1.1637H/Sub，Sub為基底，H和L分別代表為高、低折射率材料的λ₀/4光學厚度。

進一步地，各個表面的膜層結構中，選用熔融石英作為棱鏡材料，高折射率膜層材料為五氧化二鉭，低折射率膜層材料為二氧化硅。

下面以具體的實例對本發(fā)明做進一步詳細描述。

以熔融石英材料(n_s＝1.4573)作為棱鏡材料為例，高折射率膜層材料為五氧化二鉭(n_H＝2.0894)，低折射率膜層材料為二氧化硅(n_L＝1.4726)，設計激光波長λ₀為633nm。

1)第一塊棱鏡A的a表面減反射薄膜結構如下，光譜透射率曲線見附圖4：

Sub/0.3608H 1.3181L/Air

2)第一塊棱鏡A的b表面高反射薄膜結構如下，光譜反射率曲線見附圖5：

Sub/1H(1L 1H)^15 2L/Air

3)第二塊棱鏡B的c表面分光薄膜結構如下，光譜透射率曲線見附圖6。

Sub/(1.1637H 1.6351L)^12 1.1637H/Sub

4)將兩塊棱鏡直角面膠合在一起構成正入射偏振控制反射鏡，以a面的法線方向為入射方向，反射鏡的光譜反射率如附圖7所示，S偏振的反射率為99.99％。

綜上，本發(fā)明提供了一種激光諧振腔鏡的設計結構，采用此結構將諧振腔鏡的反射功能和偏振控制功能集成在一起，可有效保證激光輸出的偏振特性，降低偏振輸出的角度敏感性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發(fā)明的保護范圍。