[发明专利]基于双压电片变形镜的板条激光光束净化系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种板条激光光束净化系统，特别是基于双压电片变形镜的光束净化系统，属于自适应光学领域。

背景技术

固体激光自诞生以来就因其良好的单色性、相干性、方向性在工业、科研等领域取得了广泛的应用。然而传统固体激光器的棒状增益介质在泵浦和冷却系统的作用下，产生径向温度梯度和端面膨胀，激光棒呈现出热透镜效应、应力双折射等效应，这些效应严重限制了激光器输出功率和光束质量，制约了激光相干合成、激光雷达等领域的进步。

1969年美国通用电器公司提出了板条激光器的概念，其增益介质几何结构为窄的板条，通过合理的光路设计光束在板条内部为“之”字形光路，这样可以消除部分热透镜效应、退偏效应和应力双折射效应，从而获得比棒状增益介质要好的光束质量和较高的能量。

目前大多数板条激光器为主振荡-功率放大(MOPA)结构，为了克服MOPA结构激光器能量提取效率低的缺点，通常需要多程放大才能充分利用泵浦能量，提高放大器提取效率。MOPA结构板条激光器包含多个像传递系统和多个反射镜，由于各种光学元件加工误差，透镜、反射镜倾斜，透镜和反射镜之间距离调整误差，系统不可避免的引入像差。在高功率泵浦条件下，板条激光介质仍有热透镜效应存在，造成多程放大后输出光束质量难以达到理想状态。

为了消除这些像差对激光输出的影响，人们利用受激布里渊散射(SBS)效应产生与入射激光共轭的光束，共轭光束沿入射光束路径返回，抵消MOPA结构光路中各种像差获得高光束质量激光输出(美国专利US Patient 4725787)。国内已有对相位共轭镜的研究，例如北京工业大学研制的应用于固体板条激光器的相位共轭镜，中国专利申请号：201020110890。主振荡-功率放大技术(MOPA)、板条激光增益介质配合SBS相位共轭技术在20世纪90年代取得了千瓦级近衍射极限输出。但是SBS技术只适用于脉冲激光，尚需解决受激布里渊散射波前反演、时间波形保真以及SBS介质光路击穿等问题(参见姚建铨，徐德刚全固体激光及非线性光学频率变换技术P293科学出版社2007)。

光束净化技术是利用能动镜面实时补偿激光束波前畸变，提高激光光束质量的技术。目前适合用于板条激光光束净化的变形镜按照驱动方式可以分为基于纵向压电效应的传统压电变形镜、基于微机电技术的变形镜和基于横向压电效应的双压电片变形镜等。微机械薄膜变形镜是利用微机械和微光学加工工艺制造的小型变形镜，适合对谐振腔结构的板条激光进行净化(Walter Lubeigt等，Enhancement of laserperformance using an intracavity deformable membrane mirror，OpticsExpress 2008Vol.16，No.15)，但是微机械变形镜的抗损伤阈值低，很少应用高功率板条激光器的光束净化。2010年Ping Yang等人介绍了基于传统变形镜的板条激光光束净化系统(Ping Yang，“Enhancementof the beam quality of non-uniform output slab laser amplifier with a 39actuator rectangular piezoelectric deformable mirror”Optics ExpressVol.18No.7)，光束净化系统闭环工作后光束BQ值从4.1提升到1.7。工业科研领域对激光器输出功率要求不断提高，由高功率泵浦引起的增益介质热效应急剧增加，激光器输出光束波前畸变恶化到超过普通传统变形镜的补偿范围，但是大行程量纵向压电变形镜研制生产困难，基于现有变形镜光束净化系统补偿激光波前畸变后，光束仍有大量的残余像差，难以获得衍射极限的光束质量。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明的目的是克服基于纵向压电效应变形镜行程量小，成本高的不足，提出基于双压电片变形镜作为板条激光光束波前畸变补偿装置的光束净化系统。该系统具有可靠性强和适用范围广的特点，适用于从毫瓦至数千瓦的连续或脉冲板条激光光束净化。

为实现所述目的，本发明提供的双压电片变形镜的板条激光光束净化系统，解决技术问题采用的技术方案包括：

一板条激光器，发出长条形光束；在长条形光束光路上依次放置光束整形单元、倾斜镜、双压电片变形镜、分光镜、聚焦单元、起偏器、检偏器和二维成像器件；

一光束整形单元，将长条形光束整形成为准直的方形光束；

一倾斜镜和一双压电片变形镜，依次将准直的方形光束进行反射，得到反射的方形光束；