[发明专利]一种实现激光光束波前球差动态补偿的装置及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光技术，具体涉及一种实现激光光束波前球差动态补偿的装置及其方法。

技术背景

大功率高亮度的激光光源在工业加工和军事装备上都有着非常重要的用途。固体激光器有结构简单、工作稳定、使用寿命长和造价低的优点，但是由于固体激光器中的增益介质的热效应存在，增益介质的中心温度高于边缘温度，会导致整个增益介质类似于一个透镜，而增益介质沿径向分布不均匀会导致热透镜的光焦度D也成为径向坐标r的函数D(r)。这样增益介质就成为了一块带有球差的透镜，球差会导致通过增益介质的光束质量下降。

在工业激光加工中不仅对功率有要求而且对光束质量也有很高的要求。现国际上通用的评价光束质量的标准是光束质量因子，经研究发现,其中是光束质量因子强度项，是光束质量因子相位项。决定的最大因素是球差，一束光在传播的过程中是一个固定值，但是和会不断地变化，也就是说球差值在光束传播过程中是会不断变化。如果一束光束传播到最大最小时补偿球差，即使得变小，那么的值会整体有效地降低，这种方法也被国际同行们所认可。基于此理论，以前的方法通常是在某一点精确测量球差之后定制相应的球差补偿版或变形镜来补偿球差，其缺点一是制作费用非常昂贵，二是对于特定的光束要定制球差补偿版或变形镜，不具有普遍性，而且每次补偿球差前必须非常精准地测量球差值大小，补偿球差的过程也比较繁琐和缓慢。

发明内容

本发明的目的针对上述补偿光束质量方法中的不足，提供一种实现激光光束波前球差动态补偿的装置及其方法。

实现激光光束波前球差动态补偿的装置包括第一泵浦源、第一光学耦合系统第一透镜、第一光学耦合系统第二透镜、第一双色镜、第一激光增益介质、谐振腔高反镜、谐振腔输出镜、4f成像系统第一透镜、4f成像系统第二透镜、第二泵浦源、第二光学耦合系统第一透镜、第二光学耦合系统第二透镜、第二双色镜、第三泵浦源、第三光学耦合系统第一透镜、第三光学耦合系统第二透镜、第三双色镜、第二激光增益介质、第四泵浦源、第四光学耦合系统第一透镜、第四光学耦合系统第二透镜、第四双色镜；第一泵浦源、第一光学耦合系统第一透镜、第一光学耦合系统第二透镜、第一双色镜、第一激光增益介质、第二双色镜、第二光学耦合系统第二透镜、第二光学耦合系统第一透镜、第二泵浦源顺次相连，第三泵浦源、第三光学耦合系统第一透镜、第三光学耦合系统第二透镜、第三双色镜、第二激光增益介质、第四双色镜、第四光学耦合系统第二透镜、第四光学耦合系统第一透镜、第四泵浦源顺次相连，在第一双色镜与第三双色镜之间放置有谐振腔高反镜，第二双色镜与第四双色镜之间顺次放置有谐振腔输出镜、4f成像系统第一透镜 、4f成像系统第二透镜。

所述的谐振腔高反镜对激光的反射率大于99.5%，谐振腔输出镜对激光的反射率为10%~90%。所述的第一激光增益介质和第二激光增益介质为掺杂型激光材料，掺杂型激光材料为Nd:YVO₄晶体或Nd:YAG晶体。所述的第一光学耦合系统第一透镜与第一光学耦合系统第二透镜、第二光学耦合系统第一透镜与第二光学耦合系统第二透镜、第三光学耦合系统第一透镜与第三光学耦合系统第二透镜以及第四光学耦合系统第一透镜与第四光学耦合系统第二透镜两透镜的焦距比例为1:1 ~ 1:3。所述的第一双色镜和第二双色镜以及第三双色镜和第四双色镜与光路呈45°放置，第一双色镜和第二双色镜以及第三双色镜和第四双色镜对谐振激光的反射率大于99.5%，并且对泵浦激光的反射率小于5%。

实现激光光束波前球差动态补偿方法的步骤如下：

1)在激光振荡器内部的激光光束，其波前球差的强弱和正负在不同位置处具有不同的分布，通过调节谐振腔高反镜与第一激光增益介质的距离L1和第一激光增益介质与谐振腔输出镜的距离L2，满足L1为L2的3~5倍，实现在第一激光增益介质的下端面处，进入第一激光增益介质的光束波前为负球差；