[发明专利]光增益介质包边界面剩余反射的测量方法及装置

说明书

 

技术领域

    本发明涉及激光增益介质测量领域，具体是一种光增益介质包边界面剩余反射的测量方法及装置。

背景技术

光增益介质广泛应用于各类型固体激光器中，并成为高功率和高能量激光器的主要激光材料。激光增益介质一般是一种以玻璃为基质的固体激光材料，由基质玻璃和激活离子两部分组成。激光玻璃各种物理性质和化学性质主要由基质玻璃决定，而它的光谱性质则主要由激活离子决定。

根据激光玻璃的组成，其具有如下特点：第一，激活离子的发光机构中必须有亚稳态，形成三能级或四能级机构；并要求亚稳态有较长寿命，使粒子数易于积累达到反转。第二，激光基质玻璃必须有良好的透明度，尤其是对激光波长的吸收应尽可能低。第三，激光玻璃必须有良好的光学均匀性。激光玻璃的光学不均匀性使光线通过玻璃后波面变形和产生程差，促使其振荡阈值升良效率降低，发散角增加。第四，激光玻璃必须有良好的热光稳定性。由于激活离子的非辐射跃迁损失和基质玻璃的紫外、红外吸收光泵的一部分光能转化为热能，同时由于吸热和冷却条件的不同，在径向就会出现温度梯度，导致激光玻璃的光学均匀性降低而影响激光性能。第五，激光玻璃必需有良好的物理化学性能。包括失透倾向小，化学稳定性高，有一定的机械强度和良好的光照稳定性和热导性等。

在激光放大过程中，由于激光玻璃的增益很高，介质内的自发辐射将会得到放大而产生放大自发辐射（简称ASE）。由于ASE的存在，将在信号光到达之前消耗掉增益介质上能级的反转粒子，使信号光得不到有效放大，这不仅严重地降低了激光增益介质的储能密度和储能效率，而且会引起介质内抽运能量的再分布，对增益均匀性具有严重影响。

目前，抑制ASE的主要方法是在垂直于光路方向的片状激光玻璃的侧边通过胶合的方式接上吸收激光波长的玻璃，来破坏ASE放大过程，称为激光玻璃包边。激光玻璃、胶合层和包边玻璃之间折射率匹配度是影响激光玻璃包边降低ASE的关键，是衡量激光玻璃包边质量的最重要参数。激光玻璃与胶合层界面反射以及包边玻璃与胶合层界面反射总和称为激光玻璃包边剩余反射。因此，准确测量包边剩余反射能够直接、客观地反映激光玻璃包边的质量好坏。

目前已有的激光玻璃包边剩余反射的测量方法主要是通过测量包边玻璃小尺寸样品[CN 102818788 A]，如直角三角块或者长方体块，来反映出激光玻璃包边的质量好坏，该方法无法消除样本内部的吸收和散射损耗以及激光玻璃和空气界面的反射，使得测量值往往小于实际的剩余反射值。另一种测量大口径包边玻璃剩余反射的方法[CN 102768202 A]同样存在这种问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光增益介质包边界面剩余反射的测量方法及装置，解决测量的剩余反射中无法消除激光玻璃内部的吸收和散射损耗以及激光玻璃和空气界面的反射的问题，并且同时适合大口径样品和小尺寸样品的测量。

本发明的技术方案为：

光增益介质包边界面剩余反射的测量方法，包括以下步骤：

（1）、首先用光强为E1的激光光束照射未经包边的激光玻璃样品，激光光束进入到激光玻璃样品内，并在激光玻璃样品内部被待包边的界面反射，反射后的激光光束从激光玻璃样品中出射出来，然后测量从激光玻璃样品出射出的激光光束的光强为E2;

（2）、将激光玻璃样品待包边的界面进行包边，然后用光强为E1’的激光光束照射包边后的激光玻璃样品，激光光束进入到激光玻璃样品内，并在激光玻璃样品内部被包边后的界面反射，反射后的激光光束从激光玻璃样品中出射出来，然后测量从激光玻璃样品出射出的激光光束的光强为E2’;

（3）、根据公式（1）求出激光玻璃包边界面的剩余反射率R’：

R’=(E2’/E2)×(E1/E1’)×R        （1）；

其中，R为激光玻璃样品未包边界面的反射率。

所述的R采用菲涅尔公式求得。

光增益介质包边界面剩余反射的测量装置，包括有测量激光光源、分光镜、激光强度探测器和剩余反射探测器，所述的测量激光光源相对分光镜的反射面设置，激光强度探测器设置于分光镜透射输出端的后端，剩余反射探测器相对激光玻璃样品的激光出射面设置。

所述的测量激光光源和分光镜之间设置有功率调整装置和光束整形装置。

所述的光增益介质包边界面剩余反射的测量装置还包括有定位激光光源，测量激光光源相对分光镜的反射面设置。