CN103033944A - 脉冲激光器偏振合束装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲激光偏振合束装置，包括输出一路种子光的脉冲激光器，将种子光分成n束子种子光的输入分束器，对n束子种子光分别进行功率放大的n个激光放大器，对n个激光放大器输出的n束激光进行n-1次两两偏振同相位合束的n-1个偏振相干合束单元，所述n为大于等于2的自然数；在偏振合束器输出端连接有输出分束器，输出分束器的强光输出端作为偏振相干合束单元的输出端，输出分束器的弱光输出端的输出光射入到驱动相位控制模块使两路激光的相位一致的相对相位检测模块上。本发明采用偏振检测的方法检测两路激光的相对相位，并能实现多束相干光的同轴合成，合成效率高，光束质量好。

Description

脉冲激光器偏振合束装置

技术领域

本发明涉及脉冲激光器偏振合束装置，属于激光技术领域。该装置采用偏振相干合束的方法，控制两路脉冲激光的相对相位，实现线偏态的高功率脉冲激光输出。

背景技术

高功率脉冲激光在激光武器、激光交汇对接、激光火控系统等军事领域具有重要的应用前景。尽管大功率的化学激光器、固体激光器已能实现武器量级的高能激光输出，但其亮度、成本、体积、光束质量和可靠性仍不能满足应用要求。大功率的光纤激光器因其体积小、稳定性高、光斑质量好等特点，成为目前技术进展最快，也是未来最适合安装在卫星、飞机等平台上的高能激光器。然而，输出功率仍然是限制光纤激光器向武器化发展的最大瓶颈。为获得更高的输出功率，发展了将多个光纤激光器合成的方案，即激光合成技术。采用该技术，不仅能极大提高激光器的输出功率和亮度，而且也避免了单个光纤激光器为提高功率而工作在极限的情况，保证高功率脉冲输出性能的稳定和可靠。

脉冲合成技术可分为非相干合束和相干合束两大类，其中，非相干合束是指各个激光器的输出通过光学元器件合成一束，合束后波矢相同，但各个光纤激光器之间没有相位上的关系，目前常见的有光谱合束技术和并联合束技术。非相干合束能使N个激光器的总激光功率和光强提高N倍，但光束质量差，对关键合束器件的要求高，加工难度大，仅能用在焊接、切割等对激光光束质量要求较低的场合。

相干合束技术能保证各个子激光器同相位输出，获得高功率高亮度的脉冲激光，在军事、科研上有非常巨大的应用潜力。目前常用的方法有主动锁相的MOPA(Master oscillator power amplifier)合束技术，利用消逝场作用的耦合器自调整锁相合束技术、多芯光纤相干合束技术，和采用宽谱带增益介质、低Q值谐振腔自成像聚焦腔合束技术。主动锁相的MOPA技术结构复杂，对光-电-光相位探测和补偿系统的精度和稳定度都要求很高；利用消逝场耦合的合束技术不需要相位控制，完全依靠系统本身的倏逝波耦合被动调相，随机性大，难以定标至多个激光器的相干合成；自成像聚焦腔技术对增益介质的长度、谱带，谐振腔的损耗值均有严格要求，限制了其应用。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种脉冲激光器偏振合束装置，该装置稳定，可扩展性强，该装置采用偏振检测的方法检测两路激光的相对相位，并能实现多束相干光的同轴合成，合成效率高，光束质量好。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种脉冲激光偏振相干合束装置，包括输出一路种子光的脉冲激光器，将种子光分成n束子种子光的输入分束器，对n束子种子光分别进行功率放大的n个激光放大器，对n个激光放大器输出的n束激光进行n-1次两两偏振同相位合束的n-1个偏振相干合束单元，所述n为大于等于2的自然数；每个偏振相干合束单元包括对一路激光放大器输出的激光或合束后的光进行偏振控制的第一偏振控制器，对另一路激光放大器输出激光或合束后的光进行偏振控制的第二偏振控制器，以及将第一偏振控制器和第二偏振控制器调整的偏振态互相垂直的两路激光进行脉冲相干合成的偏振合束器，在其中一个偏振控制器所在的光路上设置有相位控制模块，在偏振合束器输出端连接有输出分束器，输出分束器的强光输出端作为偏振相干合束单元的输出端，输出分束器的弱光输出端的输出光射入到驱动相位控制模块使两路激光的相位一致的相对相位检测模块上。

所述脉冲激光器为固体或者全光纤脉冲激光器，激光器的中心波长为1030、1064、1550nm，激光器的重复频率为20kHz-100MHz，激光器的平均功率为几十毫瓦到数百瓦，激光器的脉冲宽度是纳秒、皮秒、飞秒。

所述激光放大器为单极或者多级放大器。

所述激光放大器为固体或者全光纤激光放大器，当所述激光放大器为全光纤激光放大器时，其包括有半导体泵浦激光器，波分复用器，第一增益光纤，所述全光纤锁模激光器和半导体泵浦激光器分别与波分复用器的两个输入端连接，波分复用器输出端通过增益光纤后作为整个放大器的输出端。

所述偏振控制器为半波片或者波片组合结构。

所述相位控制模块是空间光调制器或声光调制器或铌酸锂相位调制器。

所述相位控制模块为空间光调制器，其包括全反射镜和全反射镜相位控制器，所述第一偏振控制器调整后的光直接入射到偏振合束器一个面上，第二偏振控制器调整后的光经全反射镜反射，再经相位控制器从偏振合束器的另一面入射；所述相对相位检测模块包括将所述输出分束器的弱光输出端的输出光通过透射、反射分解为相互垂直的两束光的检测用偏振分束器，分别探测这两束光的强度大小第一、第二空间光探测器，在第一、第二空间光探测器上连接有根据检测到的光强度信息驱动相位控制器的相位驱动器。

所述偏振合束器是空间或者全光纤偏振合束器。

所述输出分束器是具有1%-5%反射率的空间结构的镀膜镜片或是具有1：99的分光比的全光纤分束器。

采用以上技术方案，本发明与目前的激光合束方法相比，具有以下优点：

1偏振合束的方案能实现多束相干光的同轴合成，合成效率高，光束质量好；

2合束后输出脉冲的空间光斑质量高，能获得接近衍射极限的M2因子；

3输出光斑在近场和远场都是重叠的，没有旁瓣，能量集中，准直性好；

4通过调节相位控制模块，可以实现任意相位差，任意功率比的锁相偏振合成；

5锁定子激光器的相位差，使合成后的光束仍为线偏光，容易实现多路光束的相干偏振合成，实现高功率线偏态的脉冲输出；

6偏振合束器采用的晶体抗损伤阈值高，尺寸大，适应于大尺寸光束合成；

7方便与光纤放大器结合，实现全光纤的偏振合束；

8每路光纤放大器均可采用掺杂浓度高，长度短的非保偏增益光纤，放大过程中非线性效应低，脉冲时-频域波形无畸变，对每路种子光的偏振态改变不大，偏振合束效率高。

附图说明

附图1本发明原理结构图；

附图2本发明实施例一，两路脉冲空间偏振相干合束示意图；

附图3本发明实施例二，两路脉冲全光纤单极放大偏振相干合束示意图；

附图4本发明实施例三，两路脉冲全光纤多级放大偏振相干合束示意图；

附图5本发明实施例四，n路脉冲空间偏振相干合束示意图；

附图6本发明实施例五，四路脉冲全光纤多级放大偏振相干合束示意图；

附图7本发明实施例六，n路光梳空间偏振相干合束示意图；

附图8本发明实施例七，四路光梳全光纤高功率偏振相干合束示意图；

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明作进一步详细说明，以便于更清楚地理解本发明：

如图1，本发明公开了一种脉冲激光器偏振合束装置，其包括脉冲激光器1，输入分束器2，第一激光放大器3，第一偏振控制器4，第二激光放大器5，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10。所述第一偏振控制器4，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10形成一个偏振相干合束单元。

所述脉冲激光器1是固体或者全光纤结构的锁模激光器，脉冲激光器的中心波长是1030、1064、1550nm，脉冲激光器的重复频率是20kHz-100MHz，脉冲激光器的平均功率为几十毫瓦到数百瓦，脉冲宽度可以是纳秒、皮秒、飞秒，脉冲激光器的输出脉冲为线偏振态。

所述输入分束器2连接在脉冲激光器1的输出端，输入分束器2将脉冲激光器1输出的脉冲分为两路，分别作为两个激光放大器的种子光。

第一激光放大器3、第二激光放大器5的输入端分别与输入分束器2的两个不同输出端连接。第一激光放大器3、第二激光放大器5可以是单极或者多级级联的固体或者全光纤结构。

第一偏振控制器4、第二偏振控制器6为半波片或者波片组合结构，对于圆偏振态或者椭圆偏振态的脉冲激光器，第一偏振控制器4、第二偏振控制器6可以对偏振状态进行变换，获得线偏态输出；对于随机偏振态的脉冲激光器，第一偏振控制器4、第二偏振控制器6的作用是选择线偏态最大的分量，抑制其余分量，实现线偏态输出；对于线偏态输出的脉冲，偏振控制模块的作用是调节两路子放大器输出脉冲的偏振方向，使其相互垂直。

在第一激光放大器3或第二激光放大器5所在的光路上还设有相位控制模块7，相位控制模块7设置在激光放大器与偏振控制模块之间，或偏振控制模块与偏振合束器8之间。通过控制相位控制模块7的驱动频率，驱动电压等电学参量，实现两路激光相对相位的精确控制。

输入分束器2将脉冲激光器1分成两路后，每路激光都经过激光放大器提高输出功率，两束种子光放大后中心波长一致，具有固定相位差，相对相位为零。调节两路各自的偏振控制模块，使其输出激光为线偏振态，并且偏振态彼此垂直。偏振态互相垂直的高功率线偏态激光脉冲入射到偏振合束器8上，在偏振合束器8上实现脉冲相干合成，通过输出分束器9大部分能量输出，分出一部分能量进行相位检测，控制插入在一路光路中的相位控制模块7，使两路激光的相位一致，实现脉冲激光偏振相干合束。

实施例一：

如图2所示，为两路脉冲空间偏振相干合束示意图。

脉冲激光器偏振合束装置，包括脉冲激光器1，输入分束器2，第一激光放大器3，第一偏振控制器4，第二激光放大器5，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10。所述第一偏振控制器4，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10形成一个偏振相干合束单元。

所述脉冲激光器1是固体或者全光纤结构的锁模激光器，脉冲激光器的中心波长是1030、1064、1550nm，脉冲激光器的重复频率是20kHz-100MHz，脉冲激光器的平均功率为几十毫瓦到数百瓦，脉冲宽度可以是纳秒、皮秒、飞秒，脉冲激光器的输出脉冲为线偏振态。

所述输入分束器2为偏振分束器，其连接在脉冲激光器1的输出端，输入分束器2将脉冲激光器1输出的脉冲按照彼此垂直的偏振态分为两路，分别作为第一激光放大器3，第二激光放大器5的种子光，其中第一偏振控制器4输出偏振光为P光，第二偏振控制器6输出偏振光为S光。

第一激光放大器3、第二激光放大器5的输入端分别与输入分束器2的两个不同输出端连接。第一激光放大器3、第二激光放大器5可以是单极或者多级级联的固体或者全光纤结构。

第一偏振控制器4、第二偏振控制器6的的作用是使第一激光放大器3、第二激光放大器5输出激光为线偏振态，并且使两路激光相互垂直。在第一激光放大器3或第二激光放大器5所在的光路上还设有相位控制模块7，相位控制模块7设置在激光放大器与偏振控制模块之间，或偏振控制模块与偏振合束器8之间。相位控制模块7为空间光调制器，包括全反射镜71和相位控制器72。所述输出分束器9为偏振分束器，采用分束片。所述相对相位检测模块10包括检测用偏振分束器101，第一、第二空间光探测器102、103，相位驱动器104。

第一激光放大器3输出的P光经过第一偏振控制器4后直接入射到偏振合束器8一个面上，第二激光放大器5输出的S光经全反射镜71反射，再经相位控制器72调节两路子激光器之间的相对相位，从偏振合束器8的另一面入射。两路放大器输出的偏振态垂直的脉冲在偏振合束器8上合束，输出光的偏振态与两路脉冲的相对相位有关。所述合束后的激光经分束片9，绝大部分能量透射，作为输出，约占95%-99%，小部分能量反射到检测用偏振分束器101，用于探测两路子激光的相对相位。入射到检测用偏振分束器101的脉冲被分解为相互垂直的两个偏振态，分别透射、反射，在空间上分成两束光，第一、第二空间光探测器102、103分别探测两束光的强度大小。相位驱动器104根据两个空间光探测器检测到的强度信息，分析出两路子激光的相对相位信息，驱动相位控制器7，在激光放大器的光路中进行相位补偿，实现两束脉冲激光器同相位合成，保证合成后的输出光具有严格的线偏振态。

实施例二：

如图3所示，为两路脉冲全光纤单极放大偏振相干合束示意图，

脉冲激光器偏振合束装置，包括脉冲激光器1，输入分束器2，第一激光放大器3，第一偏振控制器4，第二激光放大器5，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10。所述第一偏振控制器4，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10形成一个偏振相干合束单元。

所述脉冲激光器1为全光纤脉冲激光器，脉冲激光器的中心波长是1030、1064、1550nm，脉冲激光器的重复频率是20kHz-100MHz，脉冲激光器的平均功率为几十毫瓦到数百瓦，脉冲宽度可以是纳秒、皮秒、飞秒，脉冲激光器的输出脉冲为线偏振态。

所述输入分束器2是全光纤偏振分束器，将全光纤脉冲激光器的输出脉冲按照彼此垂直的偏振态分为两路，分别作为两路放大器的种子光。

所述第一激光放大器3或第二激光放大器5都采用全光纤激光放大器，第一激光放大器3包括有第一半导体泵浦激光器31，第一波分复用器32，第一增益光纤33。全光纤锁模激光器和第一半导体泵浦激光器31分别与第一波分复用器32的两个输入端连接，第一波分复用器32输出端通过第一增益光纤33作为整个放大器的输出端。第二激光放大器5包括有第二半导体泵浦激光器51，第二波分复用器52，第二增益光纤53。两个半导体泵浦激光器中心波长为976nm，输出功为率600mW的半导体泵浦激光器。

所述相位控制模块7采用带尾纤的铌酸锂相位调制器，铌酸锂相位调制器熔接在第一或第二增益光纤之后。

所述偏振合束器8采用全光纤偏振合束器，所述输出分束器9采用光纤耦合器。

所述相对相位检测模块10包括检测用光纤偏振分束器111，第一、第二光纤探测器112、113，相位驱动器114。

两路全光纤激光放大器输出的脉冲经过全光纤偏振合束器合束，全光纤偏振合束器的输入输出光纤均为保偏光纤，调节第一、第二偏振控制器4、6，改变放大后脉冲的偏振方向，保证线偏振态能量最强的成分进入到全光纤偏振合束器。合束后的激光经分束比1：99的光纤耦合器，输出功率高的一端作为输出端，输出功率低的一端作为检测端，光纤耦合器检测端输出的光脉冲输入到分束比1：1的检测用光纤偏振分束器111，用于探测两路子激光的相对相位。入射到检测用光纤偏振分束器111的脉冲被分解为相互垂直的两个偏振态，分别从两根尾纤输出，第一、第二光纤探测器112、113分别探测两束光的强度大小。相位测量及控制模块114根据两个光纤探测器检测到的强度信息，分析出两路子激光的相对相位信息，驱动相位控制器7，在第二路放大器的光路中进行相位补偿，实现两束脉冲激光器同相位合成，保证合成后的输出光具有严格的线偏振态。

实施例三：

如图4所示，为两路脉冲全光纤多级放大偏振相干合束示意图，

脉冲激光器偏振合束装置，包括脉冲激光器1，输入分束器2，第一激光放大器3，第一偏振控制器4，第二激光放大器5，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10。所述第一偏振控制器4，第二偏振控制器6，相位控制模块7，偏振合束器8，输出分束器9，相对相位检测模块10形成一个偏振相干合束单元。

本实施例与实施例二区别在于第一激光放大器3、第二激光放大器5的具体结构，除此之外与实施例二相同。本实施例第一激光放大器3、第二激光放大器5为二级放大器。第一激光放大器3包括第一级半导体泵浦激光器301，第一级波分复用器302，第一级增益光纤303，第二级半导体泵浦激光器304，第二级高功率合束器305，第二级增益光纤306。全光纤脉冲激光器和第一级半导体泵浦激光器301分别与第一级波分复用器302的两个输入端连接，第一级波分复用器302输出端通过第一级增益光纤303接到第二级高功率合束器305输入端，第二级高功率合束器305输出端接有所述第二级增益光纤306，第二级增益光纤306另一端作为整个放大器的输出端。

第一级增益光纤303采用单模增益光纤，第二级增益光纤306采用高掺杂浓度的双包层增益光纤。第一级增益光纤303与第二级高功率合束器305之间连接有高功率隔离器307，高功率隔离器307具有最大承受2W回返连续光的保护能力，用于两级全光纤放大器之间的隔离。

上述第一激光放大器3构成一路子脉冲光路中的两级全光纤高功率放大器，实现平均功率20W的超短脉冲输出。

第二激光放大器5的具体结构与第一激光放大器3结构相同，不再重复描述。

实施例四：

如图5所示，脉冲激光器偏振合束装置，包括输出一路种子光的脉冲激光器1，将种子光分成n束子种子光的输入分束器2，对n束子种子光分别进行功率放大的n个激光放大器30，对n个激光放大器输出的n束激光进行n-1次两两偏振同相位合束的n-1个偏振相干合束单元，每个偏振相干合束单元包括对一路激光放大器输出的激光或合束后的光进行偏振控制的第一偏振控制器4，对另一路激光放大器输出激光或合束后的光进行偏振控制的第二偏振控制器6，以及将第一偏振控制器4和第二偏振控制器6调整的偏振态互相垂直的两路激光进行脉冲相干合成的偏振合束器8，在其中一个偏振控制器所在的光路上设置有相位控制模块7，在偏振合束器8输出端连接有输出分束器9，输出分束器9的强光输出端作为偏振相干合束单元的输出端，输出分束器9的弱光输出端的输出光入射到驱动相位控制模块7使两路激光的相位一致的相对相位检测模块10上。

脉冲激光器1可以是固体或者全光纤结构的锁模激光器，激光器的中心波长为1030、1064、1550nm，激光器的重复频率可以在20kHz-100MHz，平均功率为几十毫瓦到数百瓦，脉冲宽度可以是纳秒、皮秒、飞秒。输入分束器2将输入的脉冲平均分成n路，每路均作为种子光入射到n个激光放大器30上。第一光路的激光放大器输出的脉冲经过偏振控制器后直接入射到偏振合束器8上，第二光路的激光放大器输出的脉冲经过偏振控制器后，由相位控制模块7的全反射镜71反射到相位控制模块7的相位控制器72上，相位控制器72调节两路脉冲之间的相对相位，从偏振合束器8的另一面入射。两路放大器输出的偏振态垂直的脉冲在偏振合束器8上合束，输出光的偏振态与两路子激光的相对相位有关。合束后的激光经输出分束器9，绝大部分能量透射，用于下一级合束，约占95%-99%，小部分能量反射到相对相位检测模块10的偏振分束器101上，用于探测两路子激光的相对相位，n为大于2的自然数。入射到偏振分束器101的脉冲分别透射、反射被分解为相互垂直的两个偏振态，在空间上分成两束光，用空间光探测器102和103分别探测两束光的强度大小，相位驱动器104根据两个空间光探测器检测到的强度信息，分析出两路子激光的相对相位信息，驱动相位控制器7，在激光放大器的光路中进行相位补偿，实现两束脉冲激光器同相位合成，保证合成后的输出光具有严格的线偏振态。

如n路为3路时，第一、二路光先进行偏振相干合束，合束的光再与第三路光再进行偏振相干合束，共2次合束，输出高功率线偏态的脉冲。

如n路为4路时，第一、二路，第三、四路分别进行偏振相干合束，合束后光再进行偏振相干合束，共3次合束，输出高功率线偏态的脉冲。

依次类推，n路放大器经过n-1次偏振合束过程，输出高功率线偏态的脉冲。

实施例五：如图6所示，为四路脉冲全光纤多级放大偏振相干合束示意图。

脉冲激光器偏振合束装置包括输出一路种子光的脉冲激光器1，全光纤脉冲激光器1的中心波长为1030、1064、1550nm，激光器的重复频率可以在20kHz-100MHz，平均功率为几十毫瓦到数百瓦，脉冲宽度可以是纳秒、皮秒、飞秒，激光器的输出脉冲为线偏振态。

输入分束器2包括光纤结构的偏振分束器21和两个光纤耦合器22，偏振分束器21将激光器1的输出脉冲按照彼此垂直的偏振态分为两路，两个光纤耦合器22为分束比1：1的光纤耦合器，将各个偏振态的脉冲按照1：1的分束比分为两路，分别作为每路多级放大器的种子光。

第一、第二激光放大器3、5采用两级全光纤高功率放大器，实现平均功率20W的超短脉冲输出。由于采用了高掺杂浓度的磷酸盐光纤，增益介质的长度很短，放大后高功率脉冲的偏振态改变很小，保证后续偏振合束的高效率。

相位控制模块7为带尾纤的铌酸锂相位调制器，熔接在四路激光放大器其中的两路中，在驱动电路的作用下引入不同的相位差。

偏振合束器8为光纤偏振合束器，将经过第一、第二激光放大器3和5放大后的脉冲相干合束，合束后的激光经分束比1：99的光纤耦合器9，输出功率高的一端作为输出，输出功率低的一端作为检测，输入到分束比1：1的光纤偏振分束器111，用于探测两路子激光的相对相位，入射到偏振分束器111的脉冲被分解为相互垂直的两个偏振态，分别从两根尾纤输出，用两个光纤探测器分别探测两束光的强度大小。相位测量及控制模块根据两个探头检测到的强度信息，相位测量及控制模块114分析出两路子激光的相对相位信息，驱动相位控制器7，在放大器光路中进行相位补偿，实现两束脉冲激光器同相位合成，保证合成后的输出光具有严格的线偏振态。

由此，可知，共经过3次合束，输出高功率线偏态的脉冲。

实施例六：

如图7所示，为n路光梳空间偏振相干合束示意图：

脉冲激光器偏振合束装置包括输出n路子种子光的光梳及分束模块25，光梳可以是固体或者全光纤结构，光梳的中心波长为1030、1064、1550nm，其重复频率为20kHz-100MHz，平均功率为几十毫瓦到数百瓦。分束模块将光梳的输出脉冲分成n路，每路功率基本相等，作为后续n个放大器的种子光梳。

激光放大器30输出的激光经分光片206，再入射到偏振合束器300上，激光放大器输出的激光经全反射镜50反射，再经相位控制器40，调节两路子光梳的相对相位，从偏振合束器的另一面入射。两路光梳输出的偏振态垂直的脉冲在偏振合束器300上合束，输出光的偏振态与两路光梳的相对相位有关。合束后的脉冲经分束片60，绝大部分能量透射，作为输出，约占95%-99%，小部分能量反射到偏振分束器70，用于探测两路子光梳的相对相位。入射到偏振分束器70的脉冲被分解为相互垂直的两个偏振态，分别透射、反射，在空间上分成两束光，用空间光探测器80和90分别探测两束光的强度大小。相位测量及控制模块100根据两个探头检测到的强度信息，分析出两路子光梳的相对相位信息，驱动相位控制器400，在光路上进行相位补偿，实现放大后两路光梳同相位合成，保证合成后的输出光具有严格的线偏振态。

经过n-2次两两合束后，一路脉冲经过全反射镜203反射，再经过半波片202，旋转偏振方向，使其垂直于偏振合束器的偏振面，另一路脉冲经过半波片201，旋转偏振方向，使其平行于偏振合束器的偏振面。两路脉冲入射到偏振合束器204，实现偏振相干合束。

为补偿合束过程中光梳偏移频率的缓慢漂移，在输出端加入分光镜207，相位控制器209。分光镜206和207反射出来的脉冲，输入到相位慢漂测量及控制模块，测量偏振相干合束前后，光梳偏移频率的变化，根据误差信号，驱动相位控制器209，实现光梳偏移频率的精密控制。

n台光梳经过n-1次偏振合束过程和相位漂移补偿，输出高功率高精度线偏态的光梳。

实施例七：

如图8所示，为四路光梳全光纤高功率偏振相干合束示意图：

本实施例的脉冲激光器偏振合束装置与实施例5相比，不同在于：第一脉冲激光器1采用光纤光梳，其中心波长为1030、1064、1550nm，光梳的重复频率为20kHz-100MHz，平均功率为几十毫瓦到数百瓦，脉冲宽度可以是纳秒、皮秒、飞秒，输出脉冲偏振态为线偏振态。输入分束器包括顺次连接的分束比为1：99的光纤耦合器20，光纤结构的偏振分束器21，分束比为1：1的光纤耦合器22。偏振分束器21将光梳1的输出脉冲按照彼此垂直的偏振态分为两路，分别作为两路放大器的种子光，分束比1：1的光纤耦合器，将各个偏振态的脉冲按照1：1的分束比分为两路，分别作为每路多级放大器的种子光。在最后一级光纤偏振合束器熔接带尾纤的声光移频器210，以及分束比1：98的光纤耦合器211，绝大多数能量直接作为输出，小部分能量经过偏振分束器，被分解为相互垂直的两个偏振态，分别从两根尾纤输出，用两个光纤探测器分别探测两束光的强度大小。从光纤耦合器20的1%端输出的未经放大、合束前的光梳脉冲和分光纤耦合器20的1%端的脉冲同时入射到偏移频率测量模块26，对比放大、合束前后光梳载波包络相位偏移频率，计算出放大、合束过程引入的频率缓慢漂移，转换为电压信号，通过驱动电路27驱动声光移频器210，补偿光梳频率的慢漂，获得高功率高精度线偏态的光梳。

Claims (9)

1.一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于包括输出一路种子光的脉冲激光器（1），将种子光分成n束子种子光的输入分束器（2），对n束子种子光分别进行功率放大的n个激光放大器，对n个激光放大器输出的n束激光进行n-1次两两偏振同相位合束的n-1个偏振相干合束单元，所述n为大于等于2的自然数；每个偏振相干合束单元包括对一路激光放大器输出的激光或合束后的光进行偏振控制的第一偏振控制器（4），对另一路激光放大器输出激光或合束后的光进行偏振控制的第二偏振控制器（6），以及将第一偏振控制器（4）和第二偏振控制器（6）调整的偏振态互相垂直的两路激光进行脉冲相干合成的偏振合束器（8），在其中一个偏振控制器所在的光路上设置有相位控制模块（7），在偏振合束器（8）输出端连接有输出分束器（9），输出分束器（9）的强光输出端作为偏振相干合束单元的输出端，输出分束器（9）的弱光输出端的输出光射入到驱动相位控制模块（7）使两路激光的相位一致的相对相位检测模块（10）上。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述脉冲激光器为固体或者全光纤脉冲激光器，激光器的中心波长为1030、1064、1550nm，激光器的重复频率为20kHz-100MHz，激光器的平均功率为几十毫瓦到数百瓦，激光器的脉冲宽度是纳秒、皮秒、飞秒。

3.根据权利要求1所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述激光放大器为单极或者多级放大器。

4.根据权利要求2所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述激光放大器为固体或者全光纤激光放大器，当所述激光放大器为全光纤激光放大器时，其包括有半导体泵浦激光器，波分复用器，第一增益光纤，所述全光纤锁模激光器和半导体泵浦激光器分别与波分复用器的两个输入端连接，波分复用器输出端通过增益光纤后作为整个放大器的输出端。

5.根据权利要求1所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述偏振控制器为半波片或者波片组合结构。

6.根据权利要求1所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述相位控制模块（7）是空间光调制器或声光调制器或铌酸锂相位调制器。

7.根据权利要求6所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述相位控制模块（7）为空间光调制器，其包括全反射镜（71）和全反射镜（71）相位控制器（72），所述第一偏振控制器（4）调整后的光直接入射到偏振合束器（8）一个面上，第二偏振控制器（6）调整后的光经全反射镜（71）反射，再经相位控制器（72）从偏振合束器（8）的另一面入射；所述相对相位检测模块（10）包括将所述输出分束器（9）的弱光输出端的输出光通过透射、反射分解为相互垂直的两束光的检测用偏振分束器（101），分别探测这两束光的强度大小第一、第二空间光探测器（102、103），在第一、第二空间光探测器（102、103）上连接有根据检测到的光强度信息驱动相位控制器（7）的相位驱动器（104）。

8.根据权利要求1所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述偏振合束器（8）是空间或者全光纤偏振合束器。

9.根据权利要求1所述的一种脉冲激光偏振相干合束装置，其特征在于所述输出分束器（9）是具有1%-5%反射率的空间结构的镀膜镜片或是具有1：99的分光比的全光纤分束器。

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