一种一体式偏振激光分光装置及其系统

技术领域

本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及一种一体式偏振激光分光装置及其系统。

背景技术

望远镜透过大气观测目标时，目标信号的波前受到大气湍流扰动而发生波前畸变，从而导致大型地基望远镜分辨率远低于理论值。采用钠信标激光可以激发海拔约100km大气层中的钠原子产生高亮度钠导引星，可显著提高基于自适应光学系统的地基望远镜成像分辨率。通常采用单颗导引星校正大气畸变，然而校正视场小且校正不均匀，不能满足大型地基望远镜对大视场的要求；发展多颗钠导引星构成星群，可使望远镜在大视场范围实现高分辨率、高灵敏度观测。通常实现星群的方式是由多台钠信标激光器发射多束激光在天空中产生多颗亮星，此类方式存在以下问题：需要多个传输和发射系统，结构复杂且成本很高，同时分立钠信标激光器发射激光的能量、偏振以及间距等光学参数无法调节，导致产生的多颗钠导引星亮度不稳定。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种一体式偏振激光分光装置及其系统，以解决需要多个传输、发射系统以及激光的偏振、能量和间距等参数无法调节的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种一体式偏振激光分光装置，该装置包括：第一旋光组件和第一偏振分光组件。第一旋光组件用于改变偏振激光的振动方向。第一偏振分光组件包括第一面和第二面，所述第一面反射所述偏振激光中的垂直偏振激光形成第一射出激光，所述第二面反射由所述第一面射入的所述偏振激光中的水平偏振激光形成第二射出激光。

在其他一些实施方式中，所述第一面和所述第二面沿所述偏振激光的传播方向依次设置；所述第一面依次设置有用于反射所述垂直偏振激光的垂直偏振激光高反膜和用于透过所述水平偏振激光的高透膜，所述第二面设置有用于反射所述水平偏振光的水平偏振激光高反膜。

在其他一些实施方式中，所述第二面反射所述水平偏振激光至所述第一面，所述第一面射出所述水平偏振激光形成第二射出激光。

在其他一些实施方式中，所述第一偏振分光组件的个数为多个，每一个所述第一偏振分光组件的第一面和第二面的夹角的角度不同。

在其他一些实施方式中，第一偏振分光组件的个数为多个，每一个第一偏振分光组件的所述第二面反射所述水平偏振激光至所述第一面时，所述水平偏振激光在所述第一面与所述第二面的光程不同。

在其他一些实施方式中，所述第一旋光组件包括波片或法拉第旋光器。

在其他一些实施方式中，所述波片包括：半波片。

在其他一些实施方式中，该装置还包括激光器，所述激光器用于产生所述偏振激光。

在其他一些实施方式中，所述激光器用于产生线性的所述偏振激光、圆偏的所述偏振激光或椭圆的所述偏振激光。

根据本发明的第二个方面，本发明还提出一种一体式偏振激光分光系统，所述一体式偏振激光分光系统包括上述任一实施例提供的一体式偏振激光分光装置。所述一体式偏振激光分光系统包括n个依次设置的所述一体式偏振激光分光装置以将所述偏振激光分成2

(三)有益效果

由此可见，第一旋光组件改变偏振激光的振动方向以分配射出激光的能量，且能够保证任何振动方向的偏振激光均可被第一偏振分光组件分光。第一偏振分光组件通过第一面和第二面将偏振激光分离形成两束射出激光。很显然的是，根据光学原理，更换不同的第一偏振分光组件即可调整第一射出激光和第二射出激光的夹角和距离。因此，采用本发明提供的一体式偏振激光分光装置，仅用一台激光发射器即可以获得两束射出激光，且该射出激光的能量、偏振、夹角以及间距等光学参数均可调节。

附图说明

图1是根据本发明提供的一体式偏振激光分光装置示意图；

图2是根据本发明提供的另一种形式的一体式偏振激光分光装置示意图；

图3是根据本发明提供的一体式偏振激光分光系统示意图。

偏振激光10；第一旋光组件20-1；第一偏振分光组件30-1；第一射出激光10-1；第二射出激光10-2；第一面30-1-1；第二面30-1-2；第二旋光组件20-2；第二偏振分光组件30-2；激光器00.

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

基于此，本发明提出一种一体式偏振激光分光装置，如图1和图2所示，该装置包括：第一旋光组件20-1和第一偏振分光组件30-1。第一旋光组件20-1用于改变偏振激光10的振动方向。第一偏振分光组件30-1包括第一面30-1-1和第二面30-1-2，所述第一面30-1-1反射所述偏振激光10中的垂直偏振激光形成第一射出激光10-1，所述第二面30-1-2反射由所述第一面30-1-1射入的所述偏振激光10中的水平偏振激光形成第二射出激光10-2。

第一旋光组件20-1用于改变偏振激光10的振动方向，第一旋光组件20-1的类型、形状和数量等参数在此不做具体限定。第一旋光组件20-1用于旋转偏振激光10的振动方向以改变偏振激光10分光后形成的两束激光的能量。同时第一旋光组件20-1用于改变偏振激光10的振动方向以使任何振动方向的偏振激光10均可被第一偏振分光组件30-1分成两束激光，例如，如果偏振激光10的偏振方向是水平或者垂直，也就是说偏振激光10是水平偏振激光或者垂直偏振激光，则不能被分成两束激光，但是选择合适的第一旋光组件20-1，偏振激光10经过第一旋光组件20-1后，任何振动方向的偏振激光10均可被第一偏振分光组件30-1分光。

第一偏振分光组件30-1包括第一面30-1-1和第二面30-1-2，所述第一面30-1-1反射所述偏振激光10中的垂直偏振激光形成第一射出激光10-1，所述第二面30-1-2反射由所述第一面30-1-1射入的所述偏振激光10中的水平偏振激光形成第二射出激光10-2。因此，通过第一面30-1-1和第二面30-1-2可将偏振激光分成第一射出激光10-1和第二射出激光10-2两束激光，也即第一偏振分光组件30-1用于将所述偏振激光10分光形成垂直偏振激光和水平偏振激光，其中垂直偏振激光和水平偏振激光的振动方向相互垂直。很显然的是，根据光学原理，更换不同的第一偏振分光组件30-1即可调整第一射出激光10-1和第二射出激光10-2的夹角和距离。第一偏振分光组件30-1的类型和形状等参数在此不做具体限定，例如第一偏振分光组件30-1可以是偏振激光棱镜或者偏振片，棱镜可以是四面体、八面体或者其他形状。

由此可见，第一旋光组件20-1改变偏振激光10的振动方向以分配射出激光的能量，且能够保证任何振动方向的偏振激光均可被第一偏振分光组件30-1分光。第一偏振分光组件30-1通过第一面30-1-1和第二面30-1-2将偏振激光10分离形成两束射出激光。很显然的是，根据光学原理，更换不同的第一偏振分光组件30-1即可调整第一射出激光10-1和第二射出激光10-2的夹角和距离。因此，采用本发明提供的一体式偏振激光分光装置，仅用一台激光发射器即可以获得两束射出激光，且该射出激光的能量、偏振、夹角以及间距等光学参数均可调节。

在其他一些实施方式中，如图1所示，所述第一面30-1-1和所述第二面30-1-2沿所述偏振激光10的传播方向依次设置；所述第一面30-1-1依次设置有用于反射所述垂直偏振激光的垂直偏振激光高反膜和用于透过所述水平偏振激光的高透膜，所述第二面30-1-2设置有用于反射所述水平偏振光的水平偏振激光高反膜。垂直偏振激光高反膜为垂直偏振激光(s光)的高反膜，简称为s光高反膜，水平偏振激光(p光)的高透膜，简称为p光高透膜，水平偏振激光(p光)高反膜简称p光高反膜。在第一面30-1-1依次设置s光高反膜和p光高透膜以充分分开水平偏振激光和垂直偏振激光，并在第一面30-1-1形成第一射出激光10-1。在第二面30-1-2设置p光高反膜配合p光的折射以反射水平偏振激光形成第二射出激光10-2。

在其他一些实施方式中，如图1和图2所示，所述第二面30-1-2反射所述水平偏振激光至所述第一面30-1-1，所述第一面30-1-1射出所述水平偏振激光形成第二射出激光10-2。由于水平偏振激光在第一面30-1-1和第二面30-1-2存在折射以充分将第二射出激光10-2与第一射出激光10-1分开以形成两束射出激光，这种偏振激光分光装置体积小，形成的射出激光性能稳定。

在其他一些实施方式中，如图1和图2所示，在其他一些实施方式中，所述第一偏振分光组件30-1的个数为多个，每一个所述第一偏振分光组件30-1的第一面30-1-1和第二面30-1-2的夹角的角度不同。由于不同的偏振激光组件中的第一面30-1-1和第二面30-1-2的夹角不同，根据光学原理，通过更换不同的第一偏振分光组件30-1，可以获得不同夹角的射出激光，如图1和图2所示，第一射出激光10-1和第二射出激光10-2可以平行或者有一定夹角，在一些具体的实施例中，第一射出激光10-1和第二射出激光10-2的射出时的夹角约为1.81°，3.66°。

在其他一些实施方式中，第一偏振分光组件30-1的个数为多个，每一个第一偏振分光组件30-1的所述第二面30-1-2反射所述水平偏振激光至所述第一面30-1-1时，所述水平偏振激光在所述第一面30-1-1与所述第二面30-1-2的光程不同。也即如图1所示，当第一面30-1-1和第二面30-1-2平行时，所述水平偏振激光在所述第一面30-1-1与所述第二面30-1-2的光程不同是指第一面30-1-1和第二面30-1-2的距离不同。如图2所示，当第一面30-1-1和第二面30-1-2有一定夹角时，所述水平偏振激光在所述第一面30-1-1与所述第二面30-1-2的光程不同是指，水平偏振激光从第一面30-1-1上所述偏振激光10的入射点或者说第一面30-1-1上所述水平偏振激光的折射点到第二面30-1-2上所述水平偏振激光的反射点再到第一面30-1-1上所述第二射出激光10-2的出射点或者第一面30-1-1上所述水平偏振激光的折射点经过的路程不同。根据折射原理，第一射出激光10-1和第二射出激光10-2在第一面30-1-1的间距不同，在一些具体的实施例中，第一射出激光10-1和第二射出激光10-2的射出时的间距约为9mm或11mm。这种调节方式尤其适合在有限的空间内将偏振激光10分成紧凑的两束射出激光(第一射出激光10-1和第二射出激光10-2)，例如在地面时，两束射出激光(第一射出激光10-1和第二射出激光10-2)由于部分光斑的重合，肉眼可见的为一束激光(实际为两束射出激光)，但是在100km的高空能逐渐分开成两束激光，并能激发两个钠原子产生两颗钠导引星构成星群。

在其他一些实施方式中，所述第一旋光组件20-1包括波片或法拉第旋光器。波片可以是四分之一波片、二分之一波片或者八分之波片等以形成不同能量的第一射出激光10-1和第二射出激光10-2。

在其他一些实施方式中，波片包括：半波片。采用半波片能使获得的射出激光的能量分布的较为均匀，尤其是多个一体式偏振激光分光装置配合使用时，能使产生的多束激光的能量分布均匀。

在其他一些实施方式中，该装置还包括激光器00。其中，所述激光器00用于产生线性的所述偏振激光10，具体的激光器00用于产生圆偏的所述偏振激光或椭圆的所述偏振激光。

根据本发明另一个方面，基于上述实施例，还提供一种一体式偏振激光分光系统包括n个依次设置的所述一体式偏振激光分光装置以将所述偏振激光10分光成2

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。