[發(fā)明專利]一種實現激光光束波前球差動態(tài)補償的裝置及其方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410000697.2
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103779779A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發(fā)明（設計）人: 劉崇;劉斌;王毅;項震
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01S3/13
• 分類號: H01S3/13
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 張法高

技術領域

本發(fā)明涉及固體激光技術，具體涉及一種實現激光光束波前球差動態(tài)補償的裝置及其方法。

技術背景

大功率高亮度的激光光源在工業(yè)加工和軍事裝備上都有著非常重要的用途。固體激光器有結構簡單、工作穩(wěn)定、使用壽命長和造價低的優(yōu)點，但是由于固體激光器中的增益介質的熱效應存在，增益介質的中心溫度高于邊緣溫度，會導致整個增益介質類似于一個透鏡，而增益介質沿徑向分布不均勻會導致熱透鏡的光焦度D也成為徑向坐標r的函數D(r)。這樣增益介質就成為了一塊帶有球差的透鏡，球差會導致通過增益介質的光束質量下降。

在工業(yè)激光加工中不僅對功率有要求而且對光束質量也有很高的要求。現國際上通用的評價光束質量的標準是光束質量因子，經研究發(fā)現,其中是光束質量因子強度項，是光束質量因子相位項。決定的最大因素是球差，一束光在傳播的過程中是一個固定值，但是和會不斷地變化，也就是說球差值在光束傳播過程中是會不斷變化。如果一束光束傳播到最大最小時補償球差，即使得變小，那么的值會整體有效地降低，這種方法也被國際同行們所認可。基于此理論，以前的方法通常是在某一點精確測量球差之后定制相應的球差補償版或變形鏡來補償球差，其缺點一是制作費用非常昂貴，二是對于特定的光束要定制球差補償版或變形鏡，不具有普遍性，而且每次補償球差前必須非常精準地測量球差值大小，補償球差的過程也比較繁瑣和緩慢。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的針對上述補償光束質量方法中的不足，提供一種實現激光光束波前球差動態(tài)補償的裝置及其方法。

實現激光光束波前球差動態(tài)補償的裝置包括第一泵浦源、第一光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第一光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第一雙色鏡、第一激光增益介質、諧振腔高反鏡、諧振腔輸出鏡、4f成像系統(tǒng)第一透鏡、4f成像系統(tǒng)第二透鏡、第二泵浦源、第二光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第二光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第二雙色鏡、第三泵浦源、第三光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第三光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第三雙色鏡、第二激光增益介質、第四泵浦源、第四光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第四光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第四雙色鏡；第一泵浦源、第一光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第一光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第一雙色鏡、第一激光增益介質、第二雙色鏡、第二光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第二光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第二泵浦源順次相連，第三泵浦源、第三光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第三光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第三雙色鏡、第二激光增益介質、第四雙色鏡、第四光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第四光學耦合系統(tǒng)第一透鏡、第四泵浦源順次相連，在第一雙色鏡與第三雙色鏡之間放置有諧振腔高反鏡，第二雙色鏡與第四雙色鏡之間順次放置有諧振腔輸出鏡、4f成像系統(tǒng)第一透鏡?、4f成像系統(tǒng)第二透鏡。

所述的諧振腔高反鏡對激光的反射率大于99.5%，諧振腔輸出鏡對激光的反射率為10%~90%。所述的第一激光增益介質和第二激光增益介質為摻雜型激光材料，摻雜型激光材料為Nd:YVO₄晶體或Nd:YAG晶體。所述的第一光學耦合系統(tǒng)第一透鏡與第一光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第二光學耦合系統(tǒng)第一透鏡與第二光學耦合系統(tǒng)第二透鏡、第三光學耦合系統(tǒng)第一透鏡與第三光學耦合系統(tǒng)第二透鏡以及第四光學耦合系統(tǒng)第一透鏡與第四光學耦合系統(tǒng)第二透鏡兩透鏡的焦距比例為1:1?~?1:3。所述的第一雙色鏡和第二雙色鏡以及第三雙色鏡和第四雙色鏡與光路呈45°放置，第一雙色鏡和第二雙色鏡以及第三雙色鏡和第四雙色鏡對諧振激光的反射率大于99.5%，并且對泵浦激光的反射率小于5%。

實現激光光束波前球差動態(tài)補償方法的步驟如下：

1)在激光振蕩器內部的激光光束，其波前球差的強弱和正負在不同位置處具有不同的分布，通過調節(jié)諧振腔高反鏡與第一激光增益介質的距離L1和第一激光增益介質與諧振腔輸出鏡的距離L2，滿足L1為L2的3~5倍，實現在第一激光增益介質的下端面處，進入第一激光增益介質的光束波前為負球差；