[发明专利]一种采用激光加热镜片实时补偿激光介质热效应的固体激光器

说明书

技术领域：

本技术涉及激光科学领域，特别涉及激光晶体热效应对出射激光性能产生 较大影响，需要进行实时调节的固体激光器。

背景技术

固体激光器的激光介质的热效应会使激光束产生光学畸变，降低光束质量， 甚至对激光工作物质造成破坏。目前国内外对激光介质热效应的研究已基本成 熟，研究人员对不同几何形状的泵浦方式和结构下的激光介质热效应问题进行 了深入研究。人们提出了多种技术途径，通过时间上分析的方法有例如热容工 作方式，将发射激光与冷却过程分时进行，以降低废热的影响。在激光介质的 结构上的热管理技术包括采用光纤介质来增加散热面积，或者采用薄片晶体介 质，并且采用侧面泵浦，端面散热的方式，降低余热带来的光学畸变。但是上 述的方法都存在一定的缺陷，例如热容激光器不能运行在连续状态，而且脉冲 间隔时间较长结构复杂。光纤激光器和薄片激光器由于其结构的复杂，在激光 介质加工、光路调节以及技术成本等方面都存在不足。

鉴于上述原因，目前最普遍使用的是棒状的激光晶体作为激光介质。这种 类型的激光器，泵浦的热流一般与起振激光光路方向相互垂直。热流带来在激 光棒的径向存在温度差，这种温度差不仅使通过晶体的光束发生热聚焦，同时 还引入高于二阶的光程差，使光束质量发生恶化。在高功率的情况下，这种恶 化会使出射激光光束质量变差，甚至不出光。一般采用的补偿措施有设计合理 的光学谐振腔，或者通过将激光晶体端面修成所需要的形状来进行补偿热透镜， 但是这种方法无法补偿高阶光程差。也可以在腔内放入具有一定光程差分布的 介质，如具有一定厚度分布的宝石片等，补偿热效应带来的光程差。这种方法 的缺点是补偿的宝石片厚度是固定的，对于激光器内废热变化时，例如变化激 光器的泵浦功率，无法进行实时的补偿。

然而在激光器的使用过程中，往往需要对其功率进行调节以适应多种应用 的需要。现有的补偿热效应的方法很难在调节激光输出功率较大的范围内，使 输出激光保持良好的光束质量。本专利采用独特的思路，在光路上插入介质镜 片，并利用泵浦光对其进行加热的方法来补偿激光介质的热效应。利用该方法 可以使输出激光在较大的功率范围内，保持优良的光束质量。

发明内容

本专利在于克服现有的对固体激光器热效应补偿措施的不足，设计一种采 用激光加热镜片实时补偿激光介质热效应的固体激光器。包括激光谐振腔、固 体激光介质以及对应的泵浦源。并且在谐振腔内插入一片对泵浦光吸收、同时 高透出射激光的介质镜。同时采用特定的环状泵浦光斑对其进行加热，通过介 质镜上光程差的变化，实时的调节激光腔内总的光程差，特别是高阶光程差。 采用这种结构，可以较方便的通过调节介质镜泵浦光的耦合透镜组来实现对腔 内热效应的进行补偿，可以使输出激光在较大的功率范围内，保持优良的光束 质量，实时地改善激光器性能。

本专利中利用激光加热镜片实时补偿激光介质热效应的方法可以用于激光 器谐振腔内，也可以用于激光放大器中，补偿放大介质的热效应。在激光放大 器中由于放大介质受到泵浦，存在的废热使介质中存在较大的光程差分布。在 泵浦的功率较高时，高阶光程差将会使通过它的放大光束质量恶化。为了将这 种影响降到最低，可以与上述类似并且在光路中插入一片对泵浦光吸收、同时 高透放大激光的介质镜，并采用特定的环状泵浦光斑对其进行加热，以补偿激 光放大介质中的光程差，改善放大后光束的质量。

附图说明：

附图是本专利采用激光加热镜片实时补偿激光介质热效应固体激光器的实例。

具体实施方式

采用激光加热镜片实时补偿激光介质热效应固体激光器的实例包括两个泵 浦模块(1、11)及其对应的耦合透镜组(2，3)、(9，10)，激光晶体(5)，后 腔镜(4)和输出镜(7)，带有吸收特性的介质镜(6)和45度双色镜(8)。

所指的两个泵浦光源是808nmLD模块，可以采用光纤输出的结构。其中一个 用于激光晶体的泵浦光源出射激光程高斯型分布。另外一个用于泵浦介质镜的 光源，其出射的激光可以进行调节使得输出的光束横向具有环状光斑分布。

所指的耦合透镜组主要用于将泵浦光注入到激光晶体或者介质镜上，各个 镜面上镀有808nm的增透膜。

所指的激光晶体是Nd:YAG晶体，可以采用808nm激光进行泵浦，出射激光是 1064nm。