一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法

摘要

本发明涉及一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法，基于萨格纳克效应，对输入的信号激光分解成两束偏振方向互相垂直的线偏振激光，在同一个环形光路中沿相反方向传播，分别单次或多次经过增益介质被放大并滤波。由于传播路径为环路，两束放大后的偏振光最终在初始的信号激光输入端口逆向输出，并因为有固定的相位差而形成相干叠加。本发明结合再生放大和行波放大的优点，光路结构简单，输出激光的能量增大，并且输出的激光有相干加强的效果，同时能够降低输出激光的放大自发辐射，提高信噪比。

权利要求

1.一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，包括偏振分光镜、反射镜组、增益介质、空间滤波系统、45°旋光器和泵浦系统；

所述偏振分光镜、反射镜组中的多个反射镜、增益介质、泵浦系统、空间滤波系统形成环路结构，所述环路结构为两束偏振光分别提供传播方向相反的环形路径；

所述偏振分光镜对应信号光源的输出口设置，用于将输入激光分为相互垂直的两束偏振光并输入所述环路结构，还用于将所述环路结构输出的两束偏振光合为一束输出激光；

所述反射镜组，用于将其入射的偏振光反射导入下一器件；

所述增益介质对称设置在空间滤波系统的两侧，用于将其入射的偏振光放大；

所述泵浦系统，相邻所述增益介质设置，用于为增益介质提供泵浦光；

所述空间滤波系统，用于滤除其入射偏振光中的高阶模以及杂散光；

所述45°旋光器位于环路结构之外、且相邻偏振分光镜设置，信号光源、偏振分光镜与

45°旋光器三者之间夹角为直角，所述45°旋光器用于将其入射偏振光的偏振角以固定方向旋转45°；

所述反射镜组中的某一反射镜设置于45°旋光器背离偏振分光镜的一侧，用于将45°旋光器输出的光原路反射。

2.根据权利要求1所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，所述环路结构还包括两个电光调制器，两个所述电光调制器对称分布在所述偏振分光镜两侧的光路中，用于将经过的偏振光偏振方向旋转90°。

3.根据权利要求2所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，所述反射镜组包括：仅将偏振光反射导向下一个器件的第一反射镜、第三反射镜；

和，同时能将偏振光反射导向下一个器件，又能透射泵浦光的第二反射镜、第四反射镜。

4.根据权利要求3所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，所述泵浦系统包括泵浦光源和泵浦耦合镜，所述泵浦光源相邻所述增益介质设置，所述泵浦光源用于向增益介质提供泵浦光；

所述泵浦耦合镜设置于所述泵浦光源与增益介质之间，所述泵浦耦合镜用于耦合泵浦光与偏振光。

5.根据权利要求4所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，所述泵浦耦合镜复用第二反射镜和第四反射镜。

6.根据权利要求2、4、5任一项所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，所述空间滤波系统包括：准直透镜组、空间滤波器；

所述空间滤波器，设置在两个增益介质的中间处，用于限制通光口径；

所述准直透镜组，分布设置在所述空间滤波器两侧，用于准直和约束经过增益介质后被放大的偏振光。

7.根据权利要求6所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，所述空间滤波器为小孔滤波器、狭缝型滤波器或通过有限尺寸的反射镜。

8.根据权利要求2、4、5、7任一项所述一种全固态环形激光放大装置，其特征在于，在所述环路结构的光路中设置相位调制器件；

或，通过改变用于反射45°旋光器输出光的反射镜和所述偏振分光镜之间的距离来调整输出激光的相位变化。

9.一种激光放大方法，基于权利要求2 8任一项所述的全固态环形激光放大装置，其特~征在于，包括：

偏振分光镜将输入激光分束为相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光与第二偏振光沿环路结构按照相反方向传播，传播过程中分别进行放大、滤波；

沿环路结构传播的过程中，所述第一偏振光与第二偏振光分别往返经过45°旋光器后，第一偏振光与第二偏振光的偏振方向各旋转90度，旋转后的第一偏振光与第二偏振光保持相互垂直；

结束传播周期后，放大后的第一偏振光和第二偏振光经偏振分光镜合束为输出激光输出。

10.根据权利要求9所述一种激光放大方法，其特征在于，还包括：在偏振光传播过程中的任一时刻，通过电光调制器将环路结构中的第一偏振光与第二偏振光的偏振方向旋转90°，从而控制第一偏振光与第二偏振光在环路结构中的循环次数，实现第一偏振光与第二偏振光多次通过所述增益介质被放大。

说明书

一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法

技术领域

[0001] 本发明涉及光调制技术领域，具体涉及一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法。

背景技术

[0002] 传统的激光放大技术如再生放大，腔内单向传输功率密度高对器件的抗损伤阈值要求严苛，并且腔型结构导致调试较为复杂；而多程行波放大技术结构系统较为冗长，并且
因为激光单次通过增益介质所以能量提取效率较低、单次放大效果难以满足要求，且其对
注入脉冲能量和泵浦能量的匹配比例有准确的要求，操作难度较大。因此，需要提一种新型
结构的激光放大器，来解决现有激光放大技术上存在的系统结构复杂或放大效果不足的至
少一个问题。

发明内容

[0003] 本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法，其系统结构简单，能实现较优的激光放大效果。

[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

[0005] 作为本发明的第一方面，本发明提供一种全固态环形激光放大装置，包括偏振分光镜、反射镜组、增益介质、空间滤波系统、45°旋光器和泵浦系统；

[0006] 所述偏振分光镜、反射镜组中的多个反射镜、增益介质、泵浦系统、空间滤波系统形成环路结构，所述环路结构为两束偏振光分别提供传播方向相反的环形路径；

[0007] 所述偏振分光镜对应信号光源的输出口设置，用于将输入激光分为相互垂直的两束偏振光并输入所述环路结构，还用于将所述环路结构输出的两束偏振光合为一束输出激
光；

[0008] 所述反射镜组，用于将其入射的偏振光反射导入下一器件；

[0009] 所述增益介质对称设置在空间滤波系统的两侧，用于将其入射的偏振光放大；

[0010] 所述泵浦系统，相邻所述增益介质设置，用于为增益介质提供泵浦光；

[0011] 所述空间滤波系统，用于滤除其入射偏振光中的高阶模以及杂散光；

[0012] 所述45°旋光器位于环路结构之外、且相邻偏振分光镜设置，信号光源、偏振分光镜与45°旋光器三者之间夹角为直角，所述45°旋光器用于将其入射光的偏振角沿传播方向
以固定方向旋转45°；

[0013] 所述反射镜组中的某一反射镜设置于45°旋光器背离偏振分光镜的一侧，用于将45°旋光器输出的光原路反射。

[0014] 在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

[0015] 优选的，所述环路结构还包括两个电光调制器，两个所述电光调制器对称分布在所述偏振分光镜两侧的光路中，用于将经过的偏振光偏振方向旋转90°。

[0016] 优选的，所述反射镜组包括：

[0017] 仅将偏振光反射导向下一个器件的第一反射镜、第三反射镜；

[0018] 和，同时能将偏振光反射导向下一个器件，又能透射泵浦光的第二反射镜、第四反射镜。

[0019] 优选的，所述泵浦系统包括泵浦光源和泵浦耦合镜，

[0020] 所述泵浦光源相邻所述增益介质设置，所述泵浦光源用于向增益介质提供泵浦光；

[0021] 所述泵浦耦合镜设置于所述泵浦光源与增益介质之间，所述泵浦耦合镜用于耦合泵浦光与偏振光。

[0022] 优选的，所述泵浦耦合镜复用第二反射镜和第四反射镜。

[0023] 优选的，所述空间滤波系统包括：

[0024] 准直透镜组、空间滤波器；

[0025] 所述空间滤波器，设置在两个增益介质的中间处，用于限制通光口径；

[0026] 所述准直透镜组，分布设置在所述空间滤波器两侧，用于准直和约束经过增益介质后被放大的偏振光。

[0027] 优选的，所述空间滤波器为小孔滤波器、狭缝型滤波器或通过有限尺寸的反射镜。

[0028] 优选的，在所述环路结构的光路中设置相位调制器件；

[0029] 或，通过改变用于反射45°旋光器输出光的反射镜和所述偏振分光镜之间的距离来调整输出激光的相位变化。

[0030] 作为本发明的第二方面，基于上述的全固态环形激光放大装置，本发明还提供一种激光放大方法，包括：

[0031] 偏振分光镜将输入激光分束为相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光与第二偏振光沿环路结构按照相反方向传播，传播过程中分别进行放大、滤波；

[0032] 沿环路结构传播的过程中，所述第一偏振光与第二偏振光分别往返经过45°旋光器后，第一偏振光与第二偏振光的偏振方向各旋转90度，旋转后的第一偏振光与第二偏振
光保持相互垂直；

[0033] 结束传播周期后，放大后的第一偏振光和第二偏振光经偏振分光镜合束为输出激光输出。

[0034] 优选的，该方法还包括：

[0035] 在偏振光传播过程中的任一时刻，通过电光调制器将环路结构中的第一偏振光与第二偏振光的偏振方向旋转90°，从而控制第一偏振光与第二偏振光在环路结构中的循环
次数，实现第一偏振光与第二偏振光多次通过所述增益介质被放大。

[0036] 本发明的有益效果是：本发明提供的一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法，用于对两路沿环路结构进行相反方向传播的偏振激光脉冲分别进行放大、滤波，并在环
形光路结构输出口形成相干叠加。由于45°旋光器的存在，两路偏振光在沿环路结构传播一
周后分别往返经过45°旋光器，使得自身相位角发生90°偏转，实现两路偏振光的相位互换，
相位偏转后的两路偏振光可继续沿环路结构传播一周后，通过偏振分光镜合束进行相干输
出。由于偏振光在环路结构中可进行多次循环传播，每周传播的过程中均进行放大、滤波，
因此有效地增强了激光的放大效果；空间滤波系统的设置可以抑制噪声和衍射，提高泵浦
能量的提取或器件的热稳定性；使用环形光路结构避免行波放大光路冗长的结构，极大地
简化了光路；结合再生放大和行波放大的优点，利用Sagnac效应（萨格纳克效应）和固定的
相位差使输出激光的能量增大，并且输出的激光有相干加强的效果，同时能够降低输出激
光的ASE（放大自发辐射），提高信噪比。

附图说明

[0037] 图1为本发明的一种全固态环形激光放大装置某一实施例的结构示意图；

[0038] 图2为本发明的一种全固态环形激光放大装置又一实施例的结构示意图；

[0039] 图3为本发明的一种激光放大方法流程图。

[0040] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：

[0041] 1、信号光源，2、偏振分光镜，3、45°旋光器，4、第一反射镜，5、第一电光调制器，6、第二反射镜，7、第一增益介质，8、第一准直透镜，9、第三反射镜，10、第二准直透镜，11、第二增益介质，12、第四反射镜，13、第二电光调制器，14、第一泵浦光源，15、第二泵浦光源，16、空间滤波系统。

具体实施方式

[0042] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

[0043] 如图1及图2的结构组成示意图所示，本发明提供一种全固态环形激光放大装置，该装置包括偏振分光镜2、反射镜组、增益介质、空间滤波系统16、45°旋光器3和泵浦系统；

[0044] 所述偏振分光镜2、反射镜组中的多个反射镜、增益介质、泵浦系统、空间滤波系统16形成环路结构，所述环路结构为两束偏振光分别提供传播方向相反的环形路径；例如，一
路偏振光在环路结构中沿顺时针传播，则另一路偏振光在环路结构中沿逆时针传播；

[0045] 所述偏振分光镜2对应信号光源1的输出口设置，即设置于种子激光（信号光源1）输入端口后（放大后的激光输出端口前），用于将信号光源1发向本装置的输入激光分为相
互垂直的两束偏振光并输入所述环路结构，还用于将所述环路结构输出的两束偏振光合为
一束输出激光；本实施例的偏振分光镜2可以是布儒斯特角偏振片，45°偏振片等其他偏振
分光器件；

[0046] 所述反射镜组，包含若干反射镜，用于将其入射的偏振光反射导入下一器件，实现环路结构中的光路连接；

[0047] 所述增益介质对称设置在空间滤波系统16的两侧，用于为其入射光提供反转粒子产生受激辐射将偏振光放大，使得两束传播方向相反的偏振光经过增益介质以及空间滤波
系统16时均能实现放大、滤波；

[0048] 所述泵浦系统，相邻所述增益介质设置，用于为增益介质提供泵浦光，从而为增益介质提供泵浦能量，使增益介质实现偏振光放大功能；

[0049] 所述空间滤波系统16，用于滤除其经过的偏振光中的高阶模以及杂散光，来改善光束质量和阻止热量传播；

[0050] 所述45°旋光器3位于环路结构之外、且相邻偏振分光镜2设置，信号光源1、偏振分光镜2与45°旋光器3三者之间夹角为直角，所述45°旋光器3用于将其入射光的偏振角以固
定方向旋转45°；本实施例中，45°旋光器3可采用法拉第旋光器或其他与传播方向无关的旋
光器件，只用于调节其输入光的偏振角；

[0051] 所述反射镜组中的某一反射镜设置于45°旋光器3背离偏振分光镜2的一侧，用于将45°旋光器3输出的光原路反射，从而使从偏振分光镜2入射到45°旋光器3的偏振光往返
进行两次45°旋转，两次旋转叠加后对偏振光的偏振方向进行90°旋转，从而实现了两束偏
振光的偏振方向互换，使得偏振方向改变后的偏振光继续在环路结构中继续进行下一周期
的传播，以实现偏振光的多次放大。

[0052] 信号光源1输出到偏振分光镜2的入射激光，经偏振分光镜2分成相互垂直的两束线偏振光，例如P偏振光和S偏振光，两路偏振光进入环路结构的光路中，分别沿相反的方向
进行传播，例如以图1的光路结构举例，其中第一束偏振光在第一周传播过程中，依次经过
增益介质放大、空间滤波系统16滤除高阶模以及杂散光后，进入45°旋光器3进行45°偏振角
旋转，经反射后原路返回45°旋光器3，再次经45°偏振角旋转后原路返回偏振分光镜2，累计
进行90°偏振角旋转后，与第二束偏振光的偏振方向一致；由于第一束偏振光的偏振角旋转
90度，因此其不能沿原路穿透偏振分光镜2，其沿偏振分光镜2的表面反射后再次在环形结
构的光路中传播一周，传播过程中再次进行放大、滤波，然后到达偏振分光镜2，此时第一束偏振光不能如上次传播路径穿透偏振分光镜2，只能从偏振分光镜2的表面反射，反射反向
与入射激光方向相反。偏振分光镜2分出的第二束偏振光在第一周传播过程中沿与第一束
偏振光相反的方向进行传播，依次经过增益介质放大、空间滤波系统16滤除高阶模以及杂
散光后，进入45°旋光器3进行45°偏振角旋转，经反射后原路返回45°旋光器3，再次经45°偏
振角旋转后原路返回偏振分光镜2，累计进行90°偏振角旋转后，与第一束偏振光的偏振方
向一致；由于第二束偏振光的偏振角旋转90度，因此其不能沿原路从偏振分光镜2表面反
射，其沿偏振分光镜2透射后再次在环形结构的光路中传播一周，第二周传播过程中再次进
行放大、滤波，然后到达偏振分光镜2，此时第二束偏振光不能如上次传播路径从偏振分光
镜2表面反射，只能从偏振分光镜2透射出去，其输出反向与入射激光方向相反。由于第一束
偏振光与第二束偏振光均经过两周的光路循环、且经过的光程相同、始终保持固定的相位
差，所以在输出端口合束时会发生相干加强。因此均实现了两周的放大，放大后的两束偏振
光在偏振分光镜2处相干后合束为输出激光输出。

[0053] 本发明提供的一种全固态环形激光放大装置及采用其进行激光放大的方法，用于对两路沿环路结构进行相反方向传播的偏振激光脉冲分别进行放大、滤波，并在环形光路
结构输出口形成相干叠加。由于45°旋光器3的存在，两路偏振光在沿环路结构传播一周后
分别往返经过45°旋光器3，使得自身相位角发生90°偏转，实现两路偏振光的相位互换，相
位偏转后的两路偏振光可继续沿环路结构传播一周后，通过偏振分光镜2合束进行相干输
出。由于偏振光在环路结构中可进行多次循环传播时，每周传播的过程中均进行放大、滤
波，因此有效地增强了激光的放大效果；空间滤波系统16的设置可以抑制噪声和衍射，提高
泵浦能量的提取或器件的热稳定性；使用环形光路结构避免行波放大光路冗长的结构，极
大地简化了光路；结合再生放大和行波放大的优点，利用Sagnac效应（萨格纳克效应）和固
定的相位差使输出激光的能量增大，并且输出的激光有相干加强的效果，同时能够降低输
出激光的ASE（放大自发辐射），提高信噪比。

[0054] 在上述技术方案的基础上，本实施例还可以做如下改进。

[0055] 如图1及图2所示，所述环路结构还包括两个电光调制器，例如图1及图2中的第一电光调制器5和第二电光调制器13，第一电光调制器5和第二电光调制器13对称分布在所述
偏振分光镜2两侧的光路中，用于将经过的两束偏振光偏振方向各旋转90°。两束偏振光在
传播过程中均经过这两个电光调制器，通过电光调制器可对经过的偏振光偏振角进行90度
偏转，实现两束偏振光的偏振方向转换，通过控制两束偏振光的偏振方向，可以调节偏振光
沿环路结构传播的方向，从而增加两束偏振光在环路结构中的循环次数，增加偏振光的放
大次数，提升激光的放大效率。本实施例中，电光调制器可采用普克尔斯盒或其他偏振调制
器件。

[0056] 优选的，如图1及图2所示，所述反射镜组包括：

[0057] 仅将偏振光反射导向下一个器件的第一反射镜4、第三反射镜9；

[0058] 和，同时能将偏振光反射导向下一个器件，又能透射泵浦光的第二反射镜6、第四反射镜12。

[0059] 可以理解的是，第一反射镜4与45°旋光器3相配合，用于将45°旋光器3输出的角度已经偏转45°的偏振光原路反射，使其再次经过45°旋光器3再次进行45°偏转，实现偏振角
度的累加，从而实现偏振光的偏振角转换。

[0060] 第三反射镜9设置于空间滤波系统16内，实现两个增益介质之间的光路传播。

[0061] 如图1及图2所示，所述泵浦系统包括第一泵浦光源14、第二泵浦光源15和两个泵浦耦合镜，

[0062] 所述泵浦光源相邻所述增益介质设置，所述泵浦光源用于向增益介质提供泵浦光；具体的，第一泵浦光源14相邻第一增益介质7设置，用于为第一增益介质7提供泵浦能
量；第二泵浦光源15相邻第二增益介质11设置，用于为第二增益介质11提供泵浦能量；

[0063] 所述泵浦耦合镜设置于所述泵浦光源与增益介质之间，所述泵浦耦合镜用于耦合泵浦光与偏振光。

[0064] 为了进一步简化系统结构，所述泵浦耦合镜复用第二反射镜6和第四反射镜12。第二反射镜6和第四反射镜12一方面用于传播环路结构中的偏振光，另一方面用于将泵浦光
源发出的泵浦光与偏振光进行耦合并输出到增益介质中，实现偏振光的放大。

[0065] 如图1及图2所示，所述空间滤波系统16包括：

[0066] 准直透镜组、空间滤波器；

[0067] 所述空间滤波器，设置在第一增益介质7与第二增益介质11的中间处，用于限制第一增益介质7与第二增益介质11之间的通光口径，从而滤除掉第一增益介质7和/或第二增
益介质11发出的放大后的偏振光中的高阶模及杂散光；

[0068] 所述准直透镜组包括第一准直透镜8和第二准直透镜10，第一准直透镜8和第二准直透镜10分布设置在所述空间滤波器两侧，用于准直和约束经过增益介质后被放大的偏振
光。

[0069] 作为优选的实施例，所述空间滤波器为小孔滤波器、狭缝型滤波器或通过有限尺寸的反射镜。本实施例的空间滤波器采用尺寸限制的反射镜，例如图1及图2所示第三反射
镜9。放大后的偏振光经过第三反射镜9后，仅有预先选定的光斑范围内的偏振光被反射后
继续沿环路结构的光路继续传播，其余不需要的光被滤除掉。

[0070] 作为优选的实施方式，还可在所述环路结构的光路中设置相位调制器件；

[0071] 或，通过改变用于反射45°旋光器3输出光的第一反射镜4和所述偏振分光镜2之间的距离来调整输出激光的相位变化，从而实现输出激光的相位调整。

[0072] 基于上述各实施例提供的全固态环形激光放大装置，如图3的流程图所示，本实施例还提供一种激光放大方法，包括：

[0073] 偏振分光镜2将输入激光分束为相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光与第二偏振光沿环路结构按照相反方向传播，传播过程中分别进行放大、滤波；

[0074] 沿环路结构传播的过程中，所述第一偏振光与第二偏振光分别往返经过45°旋光器3后，第一偏振光与第二偏振光的偏振方向各旋转90度，旋转后的第一偏振光与第二偏振
光保持相互垂直；

[0075] 结束传播周期后，放大后的第一偏振光和第二偏振光经偏振分光镜2合束为输出激光输出。

[0076] 基于图1的环路结构，信号光源1与第四反射镜12设置在偏振分光镜2的一侧，45°旋光器3与第二反射镜6设置在偏振分光镜2的另一侧，此时激光放大的具体过程如下：

[0077] 偏振分光镜2将输入激光分束为相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光与第二偏振光沿环路结构按照相反方向传播，传播过程中分别进行放大、滤波；

[0078] 当沿环路结构传播一周后，所述第一偏振光与第二偏振光分别往返45°旋光器3后偏振方向各旋转90度，旋转后的第一偏振光与第二偏振光保持垂直，再次沿环路结构按照
相反方向传播一周，传播过程中继续分别进行放大、滤波；

[0079] 当沿环路结构传播两周后，放大后的第一偏振光和第二偏振光经偏振分光镜2合束为输出激光输出。

[0080] 因此，图1的光路结构下，在不考虑电光调制器的调制作用时，偏振光的每个传播周期中绕环路结构传播两周，每周传播的过程均对偏振光进行放大，实现了激光的多次放
大效果；由于两束偏振光的光程相同，放大后的两束偏振光输出时实现了相干叠加。

[0081] 基于图2的环路结构，信号光源1与45°旋光器3设置在偏振分光镜2的一侧，第四反射镜12与第二反射镜6设置在偏振分光镜2的另一侧，此时激光放大的具体过程如下：

[0082] 偏振分光镜2将输入激光分束为相互垂直的第一偏振光和第二偏振光；

[0083] 第一偏振光沿环路结构传播一周后从偏振分光镜2透射出，传播过程中分别进行放大、滤波，然后往返45°旋光器3后偏振方向旋转90度，再从偏振分光镜2反射输出；

[0084] 第二偏振光首先往返45°旋光器3后偏振方向旋转90度，再经过偏振分光镜2透射进入环路结构沿与第一偏振光相反的方向传播一周，传播过程中分别进行放大、滤波，然后
从偏振分光镜2透射输出；

[0085] 放大后的第一偏振光和第二偏振光合束为输出激光。

[0086] 因此，图2的光路结构下，在不考虑电光调制器的调制作用时，两束偏振光的每个传播周期中绕环路结构传播一周，传播的过程对两束偏振光均进行放大，由于两束偏振光
的光程相同，放大后的两束偏振光输出时实现了相干叠加。

[0087] 作为进一步的优选实施例，如图3所示，作为可选的实施方式，该方法还包括：

[0088] 在偏振光传播过程中的任一时刻，通过电光调制器将环路结构中的第一偏振光与第二偏振光的偏振方向旋转90°，从而控制第一偏振光与第二偏振光在环路结构中的循环
次数，实现第一偏振光与第二偏振光多次通过所述增益介质被放大。

[0089] 在上述各实施例的基础上，现通过具体使用过程中的两个实施场景对本发明进行举例说明。

[0090] 实施场景一：

[0091] 如图1所示，基于Sagnac效应的全固态双向环形激光放大装置中，偏振分光镜2采用45°偏振分光镜2，45°旋光器3采用45°法拉第旋光器。空间滤波系统16包括特定尺寸的第
三反射镜9、以及分别设置在第三反射镜9两侧的第一准直透镜8和第二准直透镜10。第一泵
浦光源14通过第二反射镜6耦合到第一增益介质7，为第一增益介质7提供泵浦能量；第二泵
浦光源15通过第四反射镜12耦合到第二增益介质11，为第二增益介质11提供泵浦能量。

[0092] 从信号光源1发出的输入激光呈45°入射偏振分光镜2，环型光路结构中的45°偏振分光镜2用于透射S偏振光和反射P偏振光，第一电光调制器5用于对经过的偏振光的偏振方
向旋转90°，第二反射镜6、第三反射镜9、第四反射镜12用于将经过的偏振光反射并导入下
一个器件，第二电光调制器13用于对经过的偏振光的偏振方向旋转90°，第二反射镜6和第
三反射镜9之间的第一增益介质7用于能量进行偏振光放大，第三反射镜9和第四反射镜12
之间的第二增益介质11用于提取能量进行偏振光放大，设置在第一增益介质7和第二增益
介质11之间包含第三反射镜9和第一准直透镜8、第二准直透镜10组成的空间滤波系统16用
于滤除偏振光经过增益介质放大后的高阶模以及杂散光，对放大后的偏振光进行空间调
制。45°法拉第旋光器用于对经过的偏振光的偏振方向旋转45°，第一反射镜4用于原路反射
从45°法拉第旋光器传播过来的偏振光，使偏振光往返经过45°旋光器3，累积产生90°的偏
振方向旋转。

[0093] 本实施场景中，该信号光源1发出的输入激光在装置的环形光路结构中的循环方式如下：

[0094] 起始阶段，第一电光调制器5和第二电光调制器13都关闭，信号光源1注入的输入激光经过偏振分光镜2后输出两束相互垂直的第一偏振光和第二偏振光，第一偏振光以S偏
振方向透射并沿顺时针传播，第二偏振光以P偏振方向反射并沿逆时针方向传播。

[0095] S偏振的第一偏振光经过第一电光调制器5后，到达第二反射镜6后反射至第一增益介质7，在第一增益介质7内提取能量被放大，经过包含第一准直透镜8透镜、有限通光口
径的第三反射镜9和第二准直透镜10的空间滤波系统16传播至第二增益介质11，在第二增
益介质11内再次提取能量被放大，继续传播，经第四反射镜12反射后到达第二电光调制器
13。因此时激光的偏正方向未发生改变，第一偏振光透射经过偏振分光镜2，经45°法拉第旋
光器后偏振方向旋转45°，然后经第一反射镜4原路反射后第二次经过45°法拉第旋光器沿
同方向再次旋转45°，此时第一偏振光的偏振方向累计旋转90°变成P偏振方向。偏振方向改
变后的第一偏振光从45°旋光器3到达偏振分光镜2，被偏振分光镜2反射至环形光路中再次
顺时针循环一周，循环过程与上一次相同，最后经偏振分光镜2反射出环形光路。信号光源1
注入的输入激光在P偏振方向的分量，即第二偏振光，经偏振分光镜2反射后沿逆时针方向
依次经过第二电光调制器13、第四反射镜12、第二增益介质11、空间滤波系统16、第一增益
介、第二反射镜6、第一电光调制器5传播至偏振分光镜2，被偏振分光镜2反射至45°旋光器3
后，偏振方向旋转45°，经第一反射镜4原路反射后往返通过45°旋光器3，偏振方向再次被旋
转45°使得偏振方向变为S。由于S偏振方向的偏振光可穿透偏振分光镜2，因此偏振方向改
变后的第二偏振光透射经过偏振分光镜2，再次在环形光路内逆时针循环一周后经偏振分
光镜2透射输出。

[0096] 在上述第一偏振光与第二偏振光沿环形光路结构传播的过程中，某一时刻突然打开第一电光调制器5或第二电光调制器13的其中一个，本实施例以打开第一电光调制器5进
行举例，此时环路结构内第二反射镜6和第四反射镜12之间必然同时存在逆时针和顺时针
方向传播的S（或P）偏振方向的激光，顺时针传播的S偏振光依次经过第一增益介质7、空间
滤波系统16、第二增益介质11、第四反射镜12、第二电光调制器13后，透射经过偏振分光镜
2，往返经过45°法拉第旋光器后偏振方向旋转90°变为P偏振方向，经偏振分光镜2反射后通
过第一电光调制器5，偏振方向再次被旋转90°变为S偏振继续顺时针传播，然后重复上述循
环反复被放大。同时，逆时针传播的S偏振光依次经过第二增益介质11、空间滤波系统16、第二反射镜6传播至第一电光调制器5，偏振方向被旋转90°变为P偏振，经偏振分光镜2反射，
往返经过45°旋光器3后偏振方向再次被旋转90°变为S偏振，透射经过偏振分光镜2，再次经
过第二电光调制器13循环进行逆时针传播，然后重复上述循环反复被放大。当由输入激光
分成的两束不同偏振方向、且沿相反方向传播的偏振光束在环形光路结构中循环多次后，
两束偏振光均会提取足够的能量被放大。某一时刻突然关闭第一电光调制器5、同时打开第
二电光调制器13，此时传播至增益介质附近的光被放大后保持S偏振继续向前传播，顺时针
的光经过第二电光调制器13后偏振方向旋转90°变成P偏振光，到达偏振分光镜2时被发射
输出。而逆时针传播的S偏振光经过关闭的第一电光调制器5时仍为S偏振光，到达偏振分光
镜2时透射输出。被反射的P偏振光和被透射的S偏振光在环形光路内经历同样的光学器件
并走过相同距离的光程所以相位差为零，在输出口出会发生相干叠加。由于两束偏振光均
被放大，且放大程度相同，因此两束偏振光在输出合束的时候能实现相干加强。

[0097] 实施场景二：

[0098] 本实施场景中，如图2所示的双向环形固体激光放大器与上述实施场景一所示的双向环形固体激光放大器光路结构基本类似，区别在于本实施例中偏振分光镜2的朝向旋
转90度，以及第一电光调制器5和第二电光调制器13的开启和关闭时间。

[0099] 具体的，所述偏振分光镜2的朝向如图2所示（本实施例以偏振分光镜2对S偏振透射P偏振反射举例说明）。

[0100] 初始阶段，第一电光调制器5和第二电光调制器13同处于关闭状态。信号光源1注入的输入激光经过偏振分光镜2后输出两束相互垂直的第一偏振光和第二偏振光。第一偏
振光以S偏振方向透射偏振分光镜2并在环路结构中沿顺时针传播，S偏振的第一偏振光经
过第一电光调制器5后，到达第二反射镜6后反射至第一增益介质7，在第一增益介质7内提
取能量被放大，经过包含第一准直透镜8透镜、有限通光口径的第三反射镜9和第二准直透
镜10的空间滤波系统16传播至第二增益介质11，在第二增益介质11内再次提取能量被放
大，继续传播，经第四反射镜12反射后到达第二电光调制器13。因此时激光的偏正方向未发
生改变，第一偏振光透射经过偏振分光镜2，经45°旋光器3后偏振方向旋转45°，然后经第一
反射镜4原路反射后第二次经过45°旋光器3，偏振方向沿同方向再次旋转45°，此时第一偏
振光的偏振方向累计旋转90°变成P偏振方向。偏振方向改变后的第一偏振光从45°旋光器3
到达偏振分光镜2，被偏振分光镜2反射后向输出口输出。

[0101] 第二偏振光以P偏振方向反射至45°旋光器3、经第一反射镜4原路反射后再次经过45°旋光器3输出，此时第二偏振光的偏振方向被累积旋转90度，变成S偏振方向，偏振方向
被旋转后的第二偏振光穿透偏振分光镜2在环路结构中沿逆时针方向传播一周后，从偏振
分光镜2透射后向输出口输出。由于第一偏振光与第二偏振光的光程相同、因此相位不变，
被放大的程度相同、因此在合束输出时实现了相干加强。

[0102] 两束偏振光在环形光路结构中沿相反方向传播至某一时刻时，突然同时打开第一电光调制器5和第二电光调制器13，此时环形光路中必然同时存在顺时针传播和逆时针传
播的S偏振光，逆时针由第二反射镜6反射至第一电光调制器5的S偏振光偏振方向被旋转
90°成为P偏振光，经偏振分光镜2反射后到达第二电光调制器13再次被旋转90°成为S偏振
光，再依次经过第四反射镜12、第二增益介质11、空间滤波系统16、第一增益介质7、第二反射镜6，重复循环这个状态。而顺时针由第四反射镜12反射至第二电光调制器13的S偏振光
偏振方向被旋转90°成为P偏振光，经偏振分光镜2反射后到达第一电光调制器5再次被旋转
90°成为S偏振光，再依次经过第二反射镜6、第一增益介质7、空间滤波系统16、第二增益介
质11、第四反射镜12，重复循环这个状态。两束双向传播的光在环形光路中累计循环，直到
某一时刻同时关闭第一电光调制器5和第二电光调制器13，此时逆时针经过第一电光调制
器5的S偏振光直接从偏振分光镜2透射输出，顺时针经过第二电光调制器13的S偏振光从偏
振分光镜2透射后往返经过45°旋光器3，其偏振方向旋转90°成为P偏振光，再次经过偏振分
光镜2发射输出。顺时针传播放大输出的光和逆时针传播输出的光在环形光路出口同一位
置时发生干涉，其相位差的差别是两次通过45°旋光器3和往返偏振分光镜2和第一反射镜4
之间的光程差。可实时通过有源调节器件的方式改变第一反射镜4的位置来调节光程差，从
而改变双向光束的相位差。

[0103] 本发明提供的一种全固态环形激光放大装置及激光放大方法，用于对两路沿环路结构进行相反方向传播的偏振激光脉冲分别进行放大、滤波，并在环形光路结构输出口形
成相干叠加。由于45°旋光器3的存在，两路偏振光在沿环路结构传播一周后分别往返经过
45°旋光器3，使得自身相位角发生90°偏转，实现两路偏振光的相位互换，相位偏转后的两
路偏振光继续沿环路结构传播一周后，通过偏振分光镜2合束进行相干输出。由于偏振光在
环路结构中进行多次循环传播时，每周传播的过程中均进行放大、滤波，因此有效地增强了
激光的放大效果；空间滤波系统16的设置可以抑制噪声和衍射，提高泵浦能量的提取或器
件的热稳定性；使用环形光路结构避免行波放大光路冗长的结构，极大地简化了光路；结合
再生放大和行波放大的优点，利用Sagnac效应（萨格纳克效应）和固定的相位差使输出激光
的能量增大，并且输出的激光有相干加强的效果，同时能够降低输出激光的ASE（放大自发
辐射），提高信噪比。

[0104] 相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

[0105] 需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该技术产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的
装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的
限制。此外，“第一”、“第二”仅用于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。因此术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0106] 此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

[0107] 在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上
述术语在本技术中的具体含义。

[0108] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。