[发明专利]一种高功率激光腔内热应力测量装置及方法

权利要求书

1.一种高功率激光腔内热应力测量装置，其特征在于，用于测量激光增益模块(1)的增益介质(1-1)目标区域的热应力分布，所述测量装置包括：增益激光探测补偿系统和探测光探测补偿系统；

所述增益激光探测补偿系统包括激光高反镜(2)、激光输出镜(3)、激光偏振片(4)和功率计，所述功率计包括第一功率计(5-1)和第二功率计(5-2)；

所述探测光探测补偿系统包括：探测光源(6)、探测光起偏器(7)、第一探测光1/4波片(8-1)、分光镜(9)、第二探测光1/4波片(8-2)、探测光检偏器(10)、CCD阵列(11)；

所述探测光源(6)、探测光起偏器(7)、第一探测光1/4波片(8-1)、激光高反镜(2)、激光增益模块(1)、激光输出镜(3)和分光镜(9)依次放置；分光镜(9)上镀有二色膜系，用于将所述激光增益模块(1)产生的增益激光(1-5)与所述探测光源(6)发射的探测激光(6-1)分开，并分两路传输，第一路为增益激光传输路径，第二路为探测光传输路径；

在所述增益激光传输路径上，所述激光偏振片(4)共光轴放置于所述分光镜(9)之后，用于将所述增益激光(1-5)分成两个相互垂直的s光与p光；所述第一功率计(5-1)沿s光出射光路方向放置，所述第二功率计(5-2)沿p光出射光路方向放置；

在探测光传输路径上，所述第二探测光1/4波片(8-2)、探测光检偏器(10)、CCD阵列(11)依次共光轴放置于所述分光镜(9)之后；

所述测量装置还包括控制器(12)，所述控制器(12)与所述CCD阵列(11)通信连接；

所述探测光源(6)发射探测激光，所述探测激光经过所述探测光起偏器(7)后变成线偏光，线偏光经过第一探测光1/4波片(8-1)后产生λ/4相位差；所述探测激光经所述激光高反镜(2)传输后，垂直入射所述激光增益模块(1)，所述探测激光偏振方向与所述激光增益介质主应力轴夹角记为θ；所述探测激光经所述激光增益介质(1-1)传输后，产生相位差α；再依次经所述激光输出镜(3)透射、分光镜(9)反射后沿探测光传输路径传输至所述第二探测光1/4波片(8-2)、探测光检偏器(10)，最后被所述CCD阵列(11)接收；转动所述第二探测光1/4波片(8-2)角度，得到n组CCD阵列(11)光强值，所述控制器(12)用于接收所述CCD阵列(11)的光强值，并根据第一预设公式得出所述θ和α的值，所述第一预设公式为：

其中：I为CCD阵列(11)所测光强值；I_b为背景强度；I_a为与构型及样品有关的强度值；β为探测光检偏器(10)与p光方向的夹角，γ为第二探测光1/4波片(8-2)快轴与p光方向的夹角；

所述激光增益模块(1)、激光高反镜(2)、激光输出镜(3)构成激光谐振腔产生并输出增益激光，所述偏振片(4)将增益激光分成两个相互垂直的s光和p光，s光沿出射光路方向，传输至第一功率计(5-1)；p光沿出射光路方向，传输至第二功率计(5-2)；所述控制器用于接收所述第一功率计(5-1)实时测量的s光激光功率P_s和所述第二功率计(5-2)实时测量的p光激光功率P_p；并根据第二预设公式和第三预设公式分别得出应力椭球方位角Ω及应力的椭圆度S；

所述第二预设公式为：

所述第三预设公式为：

其中，Θ为p光轴与分解轴的夹角。

2.如权利要求1所述的高功率激光腔内热应力测量装置，其特征在于，所述第一探测光1/4波片(8-1)、所述第二探测光1/4波片(8-2)的初始位置均与p光、s光方向呈夹角45°放置。

3.如权利要求1所述的高功率激光腔内热应力测量装置，其特征在于，所述激光高反镜(2)镀有对于所述增益激光反射率大于90％和对所述探测激光透过率大于80％的二色膜系；

所述激光输出镜(3)镀有对于增益激光透过率为R和对所述探测激光透过率大于80％的二色膜系。

4.如权利要求1所述的高功率激光腔内热应力测量装置，其特征在于，所述探测光探测补偿系统还包括角度调节器，所述角度调节器与所述第二探测光1/4波片(8-2)连接，用于调节所述第二探测光1/4波片(8-2)转动预设角度。