[发明专利]一种激光晶体热透镜效应自补偿装置

说明书

本发明公开了一种激光晶体热透镜效应自补偿装置，包括：变焦高反镜、第一导线、变焦镜驱动电源、激光晶体棒、激光输出镜、泵浦源、第二导线、泵浦源驱动电源和第三导线；变焦高反镜和激光输出镜分别设置在泵浦源两侧，激光晶体棒嵌入安装在泵浦源内；其中，变焦高反镜中心、激光晶体棒中心、激光输出镜中心位于同一轴线上；变焦镜驱动电源通过第一导线与变焦高反镜连接，泵浦源通过第二导线与泵浦源驱动电源连接，泵浦源驱动电源通过第三导线与变焦镜驱动电源连接，组成反馈控制回路。本发明能实时、自动、大范围定量补偿激光晶体的热透镜效应，解决了采用传统热透镜效应补偿方法时补偿慢、补偿范围有限的问题。

技术领域

本发明属于激光器技术领域，尤其涉及一种激光晶体热透镜效应自补偿装置。

背景技术

固体激光器在运转过程中，增益介质吸收的泵浦光除了转换为激光能量输出以外，还有相当一部分能量被转化为了热能，这些热沉积在增益介质中会造成温升。随着泵浦功率的增加，由于量子亏损在激光增益介质内积累的废热也会增加，冷却液流过晶体棒表面带走余热，这就使得激光材料沿径向产生了温度梯度，即晶体棒的中心温度最高，边缘温度最低，这种径向的温度梯度势必引起折射率的梯度变化，进而引起晶体内部的热应力。激光晶体棒由于温度和应力的共同作用而产生了热透镜和热致双折射等热效应，这些热效应会引起激光光束畸变，从而对激光器的输出性能比如功率和光束质量等造成不利影响。此外，由热透镜效应引起的热自聚焦不但会造成激光发散角的迅速增大，甚至会在增益介质内部产生实焦点，大大提高了介质内部损伤的风险。

为补偿固体激光介质的热透镜效应，当前主要的技术手段包是将增益介质端面磨成凹面，但只能针对特定泵浦强度进行补偿，效果十分有限。另外，在增益介质外形一定的条件下，利用“基模热稳腔”思想设计谐振腔是一种常用方法，即当激光的参数满足一定条件时，能使基模参数在一定泵浦功率范围内保持不变或变化甚缓。这种方法通常要求激光介质尽可能靠输出耦合镜一端，腔长比激光晶体长的多，但这种方法同样只能在较小的泵浦功率范围内变化的情况下稳定工作，如果泵浦功率范围变化较大，这种稳腔结构将会被打破，输出光远场发散角及束宽都会发生比较大的变化。2014年4月2日公告授权CN201210151427.2号中国发明专利说明书中公开了一种板条激光器热透镜效应的补偿装置，其特点是在泵浦功率发生变化时，通过调节作用力均匀部件对所述腔镜外表面施加作用力，从而实现对腔镜的曲率半径的调节，在腔镜的曲面方向补偿激光器的热透镜效应。该方法存在的显著问题是顶杆驱动单元对腔镜施加的压力只能其产生微小的形变量，腔镜曲率的调整范围通常在十毫米量级，并且曲率只能变大而不能变小，因此严重限制了热透镜效应的补偿范围。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种激光晶体热透镜效应自补偿装置，能实时、自动、大范围定量补偿激光晶体的热透镜效应，解决了采用传统热透镜效应补偿方法时补偿慢、补偿范围有限的问题。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种激光晶体热透镜效应自补偿装置，包括：变焦高反镜、第一导线、变焦镜驱动电源、激光晶体棒、激光输出镜、泵浦源、第二导线、泵浦源驱动电源和第三导线；

变焦高反镜和激光输出镜分别设置在泵浦源两侧，激光晶体棒嵌入安装在泵浦源内；其中，变焦高反镜中心、激光晶体棒中心、激光输出镜中心位于同一轴线上；

变焦镜驱动电源通过第一导线与变焦高反镜连接，泵浦源通过第二导线与泵浦源驱动电源连接，泵浦源驱动电源通过第三导线与变焦镜驱动电源连接，组成反馈控制回路。

在上述激光晶体热透镜效应自补偿装置中，当激光器的泵浦功率变化时，通过变焦镜驱动电源实现对变焦高反镜的曲率半径或焦距的调节，从而实时补偿激光晶体棒的热透镜焦距的变化。

在上述激光晶体热透镜效应自补偿装置中，变焦高反镜为球面或非球面类型的变形镜，或球面或非球面类型的液体透镜；变焦高反镜的一侧为通光面，通光面镀有激光器工作波长的高反膜。