[发明专利]一种零热透镜效应的高功率激活反射镜

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光器领域，尤其是涉及一种零热透镜效应的高功率激活反射镜。

背景技术

近些年来，固体激光取得了快速发展。输出功率，光学转换效率以及光束质量都有很大提高。但是，热效应在一定程度上阻碍了高功率激光器的发展。固体激光器可以获得很高的输出功率，但是光束质量不好。光纤激光器的光束质量很好，但是单根光纤的输出能量只是在毫焦数量级。依据激光增益介质形状的不同，大致可以分为杆状(或光纤)激光，薄片激光和板条激光。虽然形状有所差异，但是基本原理都差不多。在激光增益介质被泵浦的时候，由于增益介质中存在量子缺陷，介质中会产生热量。这些热量以热传导，热对流或热辐射的方式从增益介质的表面传输至周围环境中。由于热流的存在，会产生温度梯度。温度梯度会导致一系列有关的热效应，比如热透镜效应，热压产生的双折射，热形变等。热效应的存在，会改变激光光波的波前，从而降低光束质量和光学转换效率。不论我们选取哪种增益介质，热效应产生的光波波前畸变是无法避免，只能尽可能降低。

中国专利CN104051940A公开了气冷高平均功率复合式激活反射镜结构激光放大器，包括M个交错相对平行排布的结构相同的双放大模块，每个双放大模块由矩形框、N块复合式片状增益介质、氦气、激光二极管阵列，N块复合式片状增益介质具有不同的掺杂浓度和长度，由短到长自矩形框的直边向外同轴依次排布在矩形框内，各块增益介质长度L和掺杂浓度t的乘积相等，矩形框的上斜框和下斜框均有流体循环通道，该流体循环通道与所述的N块增益介质相对应的间隔处均设有冷却循环孔，供氦气在增益介质之间流通。由于该专利中的每个模块里平行放置的增益介质大小不一，容易产生泵浦不均匀，从而无法有效地提取能量。而且在放置增益介质的时候没有考虑外力的影响，增益介质边沿和矩形框接触的地方产生的压力以及增益介质的重力会导致激光波前的畸变。另外，冷却路径过长使得对增益介质的冷却不均匀，产生横向的温度梯度和增益介质前后面的纵向温度差。横向温度梯度会导致热透镜效应，纵向温度差会使得增益介质发生热形变。而本专利中每个模块使用的是很薄的单片圆形增益介质，不会产生泵浦不均匀。增益介质边缘用环形柔软材料包住，可消除外力。周期性地均匀泵浦和双面均匀冷却可以消除横向温度梯度和纵向温度差，并且能够充分提取泵浦能量，从而获得光束质量更好的高功率激光输出。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种能够获得高能量脉冲、降低高功率激光工作时热透镜效应的零热透镜效应的高功率激活反射镜。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种零热透镜效应的高功率激活反射镜，包括：

均匀设有开孔的转盘，绕中心的转轴旋转，

设置在开孔内，放置激光增益介质的多孔玻璃或陶瓷，

与激光增益介质连接的泵浦源，

封装在转盘外表面的碳化硅圆板。

所述的泵浦源为均匀泵浦的连续激光二极管，防止激光增益介质由于横向温度梯度所产生的热透镜效应。泵浦源在水冷板上冷却，温度控制在20℃，采用侧面泵浦，从二极管中出来的光垂直泵浦激光增益介质。

泵浦源选用的波长依据所选激光增益介质而定。如果是掺杂铥的三价阳离子介质，一般选择793纳米的激光二极管。如果是掺杂镱的三价阳离子，一般选择940纳米的激光二极管。泵浦源的功率连续可调。

所述的激光增益介质为圆形薄片增益介质，对泵浦光波长具有高吸收率，激光增益介质的背面镀有对泵浦光波长具有高反射率的薄膜，激光增益介质的厚度在0.5毫米左右，直径为2厘米左右，重力可以忽略不计。

所述的转盘直径为120毫米，厚度为0.5毫米。转盘上打了若干个半径为1.1厘米的小孔，用来放置增益介质和多孔环状玻璃或陶瓷，转盘垂直放置。

所述的多孔玻璃或陶瓷，为环状柔软的材料，套住激光增益介质并嵌入转盘上的开孔中，内半径为1厘米，外半径为1.1厘米，厚度为0.5毫米，用来套住圆形薄片并嵌入转盘上半径为1.1厘米的小孔中，这样增益介质所受的外力为零，防止激光增益介质的形变带来光波前畸变。

所述的多孔玻璃或陶瓷还填充有均匀冷却激光增益介质的氦气。

所述的转轴连接驱动机，驱动转盘周期性转动，通过改变转盘的转速或转动周期放大不同频率的脉冲激光。