[實用新型]一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置

有效

• 申請號: 201520664080.0
• 申請日: 2015-08-31
• 公開（公告）號: CN205265025U
• 公開（公告）日: 2016-05-25
• 發明（設計）人: 葉志斌;于益;尚建力;高清松;唐淳
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01S3/02
• 分類號: H01S3/02;H01S3/042
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

技術領域

本實用新型涉及的是激光器模塊像差消除技術，尤其是一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置。

背景技術

高能固體激光器在醫療、工業和軍事領域有著重要的應用。然而激光器在運行時會產生大量的廢熱，這些廢熱往往會誘導許多熱效應，比如熱透鏡效應，熱致雙折射效應和熱應力等，這些熱效應很大程度上限制了激光器功率的進一步提升以及造成光束質量的嚴重惡化。因此固體激光器的熱管理在激光技術領域顯的尤為重要。近年來出現了許多新型的裝置結構，用于實現對激光器的熱管理，提高激光器的散熱能力。

直接液冷固體激光器就是在這樣的大背景下出現的一種能夠實現比較高效、及時散熱的激光器。這類激光器通常由增益模塊、泵浦源、諧振腔組成；增益模塊通常由大孔徑的增益介質，冷卻液，單層窗口和機械固定件組成。多片增益介質平行放置，介質與介質之間充滿液體，通常冷卻液以一定的速度流動帶走晶體產生的廢熱，增益模塊兩端由窗口密封。其優勢在于增益介質完全浸沒在冷卻液中，冷卻液通過外循環裝置，迅速帶走增益介質表面的余熱，很好的實現熱管理，同時增益介質可以數片乃至數十片的串接在一起與冷卻液共同組成一個增益模塊，整個增益模塊體積可以非常小。同時由于激光是透射式通過整個增益模塊，避免了傳統固體增益介質（薄片、板條）焊接到冷卻器時帶來的表面形變，以及由于反射式提取帶來的光軸漂移等諸多問題。

如前文所述，由于是透射式模塊，激光運行時將通過整個增益模塊中的每一片增益介質和增益介質之間的流體以及窗口，而增益介質兩旁是冷卻液填充，因此，即使晶體在裝夾時產生一定的形變，由于冷卻液的折射率選擇和晶體的折射率通常比較接近，光通過變形的晶體和冷卻液后光程差基本沒有變化，因此不會造成整個模塊的波前畸變。這與增益模塊的窗口不同，窗口內為冷卻液而外層是直接與空氣接觸的，因此窗口發生形變將直接造成激光通過模塊后光程差不再相同，即所謂的模塊產生波前畸變。例如，當冷卻液在模塊內高速流動時，由于模塊窗口承受了很大的壓力而由平面變成了球面，此時整個模塊類似于一個凸透鏡，透鏡里面是液體、增益介質和窗口，這三者折射率可以基本看成相等，而外面是空氣，其折射率遠小于上述三種物體。當激光通過此類類似于透鏡的模塊時會附加很大的離焦和球差相位。這就是激光器增益模塊因窗口形變所造成波前畸變的成因。

造成窗口形變的因素通常有兩種，其一是裝夾應力造成，其二是液體在流動時由于窗口承受很大的壓力也會造成窗口形變。這些形變將導致直接液冷固體激光模塊產生很大的波前畸變，影響激光器功率的輸出。在激光器工作狀態下，窗口形變造成的模塊波前畸變有時甚至可以達到熱對模塊造成波前畸變的程度。特別是激光器在非穩腔工作模式下，其對光束質量的影響更是不可忽視。

綜上所述，如何減弱甚至消除激光器增益模塊因窗口形變所造成的波前畸變至關重要。

實用新型內容

本實用新型的目的，就是針對現有技術所存在的不足，而提供一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置及方法的技術方案，該方案能夠有效消除內窗口形變所導致的波前畸變。

本方案是通過如下技術措施來實現的：

一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置，包括有激光增益模塊、折射率匹配液、外窗口、第一機械固定件；激光增益模塊包括有激光增益介質、第二機械固定件和內窗口；激光增益介質和內窗口固定在第二機械固定件上；內窗口和激光增益介質之間的空間填充有冷卻液；第一機械固定件設置在激光增益模塊的外側；外窗口設置在第一機械固定件上；外窗口與激光增益模塊之間填充有折射率匹配液。

作為本方案的優選：外窗口通過膠水黏結在第一機械固定件上。

作為本方案的優選：外窗口的橫向通光尺寸大于內窗口的橫向通光尺寸。

作為本方案的優選：激光增益介質為Nd:YAG晶體或Nd:YLF晶體。

作為本方案的優選：冷卻液為水或重水或四氯化碳液體；所述激光增益介質浸在冷卻液中，冷卻液流過激光增益介質表面。

作為本方案的優選：折射率匹配液的折射率為n1，冷卻液的折射率為n2，內窗口的折射率為n3，空氣的折射率為n4，|n1-n2|＜n2-n4。

作為本方案的優選：n1=n2=n3。

作為本方案的優選：冷卻液為水或重水或四氯化碳液體。