[发明专利]激光器热透镜效应的补偿装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种激光器热透镜效应的补偿装置。

背景技术

激光器工作时激光介质吸收的泵浦光能量，除一部分以激光方式输出外，其他能量大多数转变为热并沉积在激光工作物质内使其产生温升，在不断重复泵浦和热传导作用下，工作物质内温度梯度不断增加，工作物质中温度梯度的存在使原本折射率完全均匀的工作物质变为类透镜介质，光束通过工作物质后发生聚焦，俗称为热自聚焦。热自聚焦不但使激光束发散角迅速增加，不利于后续继续利用，更为严重的是会在工作物质内部产生实焦点，它将在材料内部产生激光损伤。

为了减轻热透镜效应对激光器件的影响，目前广泛采用将工作物质端面磨成凹面以作补偿，但只能对特定泵浦功率下的特定的热透镜效应进行补偿，同时加工精确的凹面晶体会增大工艺成本。

另外，在晶体外形一定的条件下，利用“基模热稳腔”思想设计谐振腔是一种常用方法，即当激光的参数满足一定条件时，能使基模参数在一定泵浦功率范围内保持不变或变化甚缓。这种方法通常要求激光介质尽可能靠输出耦合镜一端，腔长比激光晶体长的多，同样的这种形式的激光器只能在泵浦功率在较小范围内变化的情况下稳定工作，如果泵浦功率范围变化较大，这种稳腔结构将会被打破，输出光远场发散角及束宽都会发生比较大的变化。为了实现较大泵浦功率范围内实现激光器的稳定工作，人们设法寻找外加的附加补偿装置来实现热透镜效应的补偿。

2003年8月27日公告授权的申请号为02266147.6的中国实用新型专利说明书中公开了一种新型的热稳腔，在固体激光介质与输出镜之间设置一面由步进电机驱动的补偿透镜，补偿透镜根据固体激光介质功率的大小，由步进电机驱动前后移动调整补偿透镜的位置。该补偿装置的所应用的光学原理是使激光介质与补偿透镜之间的距离始终保持为热透镜焦距与补偿透镜焦距之和，即使热透镜与补偿透镜形成开普勒望远镜，由此来达到补偿固体激光介质的热透镜效应，使不稳定腔变为稳定腔，高功率的激光输出具有较好的稳定性和光束质量的目的。但是上述的补偿装置存在以下问题：该补偿装置的补偿方法是使棒与透镜之距离等于“热透镜焦距与透镜焦距之和”即热透镜与透镜形成开普勒望远镜，该补偿装置只有当热透镜焦距很小时，“热透镜焦距与透镜焦距之和”可为实际激光器件采用，当热透镜焦距较大(如几米)时，“热透镜焦距与透镜焦距之和”相当大，难于为实际激光器件采用；光学谐振腔内插入腔镜使激光损耗增加，会导致激光能量转换效率下降。

2007年8月15日公告授权200710067328.5号中国发明专利说明书中公开了一种激光棒热透镜效应的补偿方法，其特点是将激光器中光学谐振腔的腔镜设置成向激光棒方向凸起的凸面镜，在腔镜上设置由步进马达驱动的移动机构，步进马达由控制电脑控制驱动，使腔镜与激光棒之间的距离为a＝f-R/2-d/2n，其中，R为腔镜的曲率半径，d为激光棒的长度，n为激光棒的折射率，f为热透镜焦距，在确定了腔镜的曲率半径后，就可以利用电脑驱动步进马达带动球面镜沿着光轴平移，自动驱动马达实现完全自动补偿。这种补偿装置存在以下问题：马达带动球面镜移动时难以保证始终沿着光轴，对调节要求很高；谐振腔内通常包含其他元件，这会限制补偿的范围。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、装配容易的激光器热透镜效应的补偿装置；以及进一步维持在泵浦功率较大范围变化时激光器的稳定工作。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光器热透镜效应的补偿装置，所述补偿装置安装在激光器的腔镜的外侧，所述补偿装置包括顶杆机构，所述顶杆机构抵住腔镜外表面的中心；当泵浦功率发生变化时，调节顶杆机构对腔镜外表面的压力以调节腔镜的曲率半径，进而补偿激光器的热透镜焦距的变化。

其中，所述顶杆机构包括顶杆、顶杆支座和顶杆驱动单元，所述顶杆支座固定安装在激光器的底座上，所述顶杆设置在所述顶杆支座上，所述顶杆的一端抵住所述腔镜的外表面的中心，另一端与所述顶杆驱动单元相连，所述顶杆抵住所述腔镜的一端为尖端，所述顶杆驱动单元用于驱动顶杆在水平方向上进行伸缩运动以调节该顶杆对腔镜所施加的压力。

其中，所述顶杆与顶杆驱动单元相连的一端设有外螺纹，所述顶杆驱动单元设有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，转动所述顶杆驱动单元可推动顶杆在水平方向上的伸缩运动。

其中，所述顶杆为压电陶瓷材料，所述顶杆驱动单元为压电陶瓷电源，所述顶杆通过电缆与顶杆驱动单元相连。

其中，所述顶杆驱动单元连接有激光泵浦反馈装置。