[發明專利]一種高功率激光腔內熱應力測量裝置及方法

有效

• 申請號: 202110561530.3
• 申請日: 2021-05-22
• 公開（公告）號: CN113310905B
• 公開（公告）日: 2022-06-24
• 發明（設計）人: 申玉;宗楠;彭欽軍;薄勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所;齊魯中科光物理與工程技術研究院
• 主分類號: G01N21/21
• 分類號: G01N21/21;G01L1/24
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明提供一種高功率激光腔內熱應力測量裝置及方法，用于測量激光增益模塊的增益介質目標區域的熱應力分布，裝置包括增益激光探測補償系統和探測光探測補償系統。增益激光探測補償系統包括激光高反鏡、激光輸出鏡、激光偏振片和功率計。探測光探測補償系統包括探測光源、探測光起偏器、第一探測光1/4波片、分光鏡、第二探測光1/4波片、探測光檢偏器和CCD陣列。可實時測定增益狀態下晶體內部熱應力分布，依據熱應力橢球特征參數測定值，優化泵浦功率分布實現熱應力分布控制，改善熱透鏡、降低諧振腔敏感性，提升激光器輸出功率。且可以控制應力主軸方向，優化振蕩偏振激光增益損耗，實現高功率偏振激光輸出，突破現有Tm:YAG晶體無法實現偏振輸出的現狀。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，特別涉及一種高功率激光腔內熱應力測量裝置及方法。

背景技術

2μm激光波段為人眼安全波段，在氣象監測、激光測距、激光雷達、遙感、醫療和生命科學領域等方面具有廣泛應用，美國國家宇航局、美空軍實驗室、諾格公司、斯坦福大學、哈佛大學、劍橋大學、俄科學院和歐空局等研究人員對此都開展技術攻關。Tm:YAG晶體憑借高硬度、高熱導率、優良的機械性能、熱性能和光學性能等優勢，是產生2μm波段激光最具發展潛力的晶體，但由于熱效應嚴重，激光器對諧振腔參數(諧振腔腔長微變動、泵浦功率密度等)極為敏感，功率提高受限，且難以實現高光束質量、偏振激光輸出，是目前各研究機構技術攻關難點及熱點之一。高功率密度泵浦狀態下，增益介質內部熱應力并非如理想狀態下般軸對稱分布，而是復雜分布狀態。現有激光介質熱應力研究技術主要為基于有限元方法的熱應力數值仿真，該技術為熱效應分析提供理論研究方法，其局限性在于誤差大，不能精確測定熱應力分布情況。

發明內容

本發明提供一種高功率激光腔內熱應力測量裝置及方法以解決上述至少一個技術問題。

第一方面，本發明提供一種高功率激光腔內熱應力測量裝置，用于測量激光增益模塊的增益介質目標區域的熱應力分布，該測量裝置包括：增益激光探測補償系統和探測光探測補償系統；

增益激光探測補償系統包括激光高反鏡、激光輸出鏡、激光偏振片和功率計，功率計包括第一功率計和第二功率計；

探測光探測補償系統包括：探測光源、探測光起偏器、第一探測光波片、分光鏡、第二探測光1/4波片、探測光檢偏器、CCD陣列；

探測光源、探測光起偏器、第一探測光1/4波片、激光高反鏡、激光增益模塊、激光輸出鏡和分光鏡依次放置；分光鏡上鍍有二色膜系，用于將激光增益模塊產生的增益激光與探測光源發射的探測激光分開，并分兩路傳輸，第一路為增益激光傳輸路徑，第二路為探測光傳輸路徑；

在增益激光傳輸路徑上，激光偏振片共光軸放置于分光鏡之后，用于將增益激光分成兩個相互垂直的s光與p光；第一功率計沿s光出射光路方向放置，第二功率計沿p光出射光路方向放置；

在探測光傳輸路徑上，第二探測光1/4波片、探測光檢偏器、CCD陣列依次共光軸放置于分光鏡之后。

可選地，第一探測光1/4波片、第二探測光1/4波片均與p光、s光方向呈夾角45°放置。

可選地，激光高反鏡鍍有對于增益激光反射率大于90％和對探測激光透過率大于80％的二色膜系；

激光輸出鏡鍍有對于增益激光透過率為R和對探測激光透過率大于80％的二色膜系。

可選地，裝置還包括控制器，控制器與CCD陣列通信連接；