[发明专利]一种基于往返探测的腔内倾斜像差主动补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及的是激光器技术领域，尤其是一种基于往返探测的腔内倾斜像差主动补偿装置。

背景技术

在激光器工作时腔内各种扰动，如增益密度的非对称分布、工作物质、腔镜热变形、装夹机构变形及环境气体热对流等均会导致谐振腔光轴倾斜，从而影响腔模式分布，将直接带来输出功率和输出光束质量的下降。更严重的，腔内倾斜的出现会改变激光模式，造成激光器热分布不均，热分布不均又会产生新的倾斜，使腔难于稳定。动态的倾斜会给激光器的调试带来困难，特别是在失调灵敏度较高的非稳腔激光器中，倾斜像差的影响更加明显，严重影响激光输出功率和输出光束质量。

为了改善腔内倾斜像差对激光器带来的不利影响，可以从三个方面入手。第一个方面是尽可能的降低和避免引入腔内倾斜像差，具体包括采用高速流动的低压气体增益介质或采用非约束封装且均匀冷却的固体介质、提高泵浦均匀性、增强支架稳定性、降低环境热扰动等，但是受限于工艺技术水平和应用需求，很多情况下腔内倾斜像差不能完全消除；第二种方法则是选用失调灵敏度低的腔型，但这种腔型往往基模体积小，无法获得高光束质量的激光输出，具有一定局限性；第三个方面是采用主动倾斜补偿，本发明也属于这一范畴。

常见的主动倾斜补偿方法均是基于输出功率最大值、单程测量波面倾斜信息等进行主动补偿。对于腔内倾斜像差不大的激光器，往往使用基于输出功率极值调节腔镜补偿倾斜，这种方法具有很强的盲目性，无法建立二维的闭环机制，容易因局部极值点影响最终补偿结构，且响应速度慢、频率低，难于用于倾斜随时间变化或抖动的谐振腔。在使用基于单程测量的倾斜补偿时，因为腔内存在倾斜像差不仅会带来光轴的倾斜还会带来光瞳的偏移，补偿后沿光轴传输但光瞳偏移的光束被带有曲率的腔镜反射后会引入新的倾斜，因此在单程探测补偿中，需要使用双折镜关联补偿，其控制及算法复杂、不易控制、难于实现。

发明内容

本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于往返探测的腔内倾斜像差主动补偿装置的技术方案，该方案采用补偿折镜校正谐振腔腔内倾斜像差，能够对各种类型增益介质的激光器，稳腔以及非稳腔激光器进行腔内倾斜像差补偿，激光器可为连续激光器也可为脉冲型激光器，具有较强的通用性和普适性。此外，该装置谐振腔内插入元件少、插入损耗小，对腔内元件偏振特性无要求。同时，该装置实现容易、设计灵活、成本低、调试方便。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种基于往返探测的腔内倾斜像差主动补偿装置，包括有第一腔镜、第二腔镜、校正元件、倾斜元件、探测光源、探测光导出镜、探测光导入镜、远场探测器、聚焦镜、校正元件控制器；第一腔镜、第二腔镜、校正元件和倾斜元件组成激光谐振腔；第一腔镜和第二腔镜相对设置在激光谐振腔的两端且与激光光轴垂直；校正元件和倾斜元件设置在第一腔镜和第二腔镜之间；探测光导入镜和探测光导出镜设置在激光谐振腔内；探测光导入镜能够将探测光光源发出的探测光导入激光谐振腔；探测光导出镜能够将激光谐振腔中的探测光导出到聚焦镜后射入远场探测器；远场探测器设置在聚焦镜的焦面上；探测光导入镜和探测光导出镜均为平面镜且一面镀有针对激光的増透膜和针对探测光的部分反射膜，另一面镀有针对激光的増透膜和针对探测光的増透膜，激光光轴穿过探测光导入镜和探测光导出镜且光轴与镜面之间有一定夹角，激光通过探测光导入镜和探测光导出镜时传输方向不发生变化；探测光的波长与激光谐振腔内的激光波长不一致；校正元件控制器能够根据远场探测器接收的光斑信号控制校正元件对激光谐振腔内的倾斜相差进行校正；校正元件为补偿折镜；探测光在探测光导入镜前的曲率半径与激光谐振腔内的激光相匹配。

作为本方案的优选：远场探测器为远场CDD或四象限仪。

作为本方案的优选：激光谐振腔中还包括有耦合输出镜。

作为本方案的优选：第一腔镜为平面镜或凹面镜，其镜面镀有针对激光波长的高反膜或部分反射膜。

作为本方案的优选：第二腔镜为平面镜或凹面镜，其镜面镀有针对激光波长的高反膜或部分反射膜。

作为本方案的优选：倾斜元件为具有倾斜像差的反射型增益介质或具有倾斜像差的透射型增益介质。

作为本方案的优选：校正元件的数量为一个或多个且能够放置在激光谐振腔内的任意位置。

作为本方案的优选：倾斜元件包括但不限于激光增益介质；增益介质为固体材料或气体材料，介质类型为透射型或反射型。