[发明专利]一种获取激光晶体热透镜的焦距及球差的方法和装置

说明书

本发明公开了一种获取激光晶体热透镜的焦距及球差的方法和装置，所述方法包括：确定波前信息与激光晶体热透镜焦距和球差之间的反演模型；确定或测量得到反演参数集；基于反演参数集中的反演参数以及波前信息与激光晶体热透镜焦距和球差之间的反演模型，得到激光晶体热透镜焦距和球差。本发明的有益效果是：考虑了波前信息受热透镜焦距和球差共同影响的实际情况，得到更完整的波前信息与激光晶体热透镜焦距和球差之间的反演模型，避免了对光束质量影响因素分析的不完整性，从而更有利于分析增益介质在工作状态下产生的热透镜效应和球差效应分布情况，为改善激光输出特性和完善谐振腔设计提供了有利依据。

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别是一种利用激光束的波前信息反演获取激光晶体热透镜焦距和球差的方法和装置。

背景技术

激光晶体的热效应是影响激光器激光性能的重要因素，直接影响着激光谐振腔的稳定性、光束质量和输出功率等问题。激光器在工作状态下，一部分泵浦光转换成输出激光，另一部分在晶体内形成了热沉积，此时会产生温度梯度，温度梯度又导致了折射率梯度，因此会产生热透镜效应。激光经过热透镜后会发生波前畸变，所以热透镜不是理想的透镜，是含有球差的透镜。另外，当激光的泵浦功率由低到高时，激光晶体的热透镜焦距会逐渐变短，一方面会使谐振腔偏离稳定振荡条件而令激光器不稳定；另一方面会使得输出的激光光束质量恶化。因此，准确测量激光器热透镜的焦距和球差对于高稳定性、高光束质量激光器的设计是至关重要的。目前，公开报道的获取激光器热透镜的焦距和球差的方法主要是基于对焦距或球差某单一因素的考虑，没有考虑到激光器在工作时热透镜效应和球差效应同时存在、互相影响的事实，缺少影响因素的考虑使得对热效应影响的分析具有不完整性，不够全面准确。

发明内容

为了解决现有技术中存在上述基础相关参量不完整的问题，本发明综合了二者共同对激光输出特性的不良影响，建立了波前信息与热透镜焦距和球差三者间的理论模型，提出了一种根据波前信息同时反演热透镜焦距和球差的方法和装置，本发明改善了对于影响光束质量考虑因素不足的问题，更准确的分析了热透镜效应和球差效应同时存在、同时作用的实际情况。

根据本发明的一方面，提出一种获取激光晶体热透镜的焦距及球差的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S1，确定波前信息与激光晶体热透镜焦距和球差之间的反演模型，其中，所述波前信息包括Zernike球差系数C_Zer和光束质量因子M²；

步骤S2，确定或测量得到反演参数集，所述反演参数集包括：热应力系数ε(γ)、波数k、晶体的半径r₀、波长λ、基模发散角θ₀、基膜束腰半径w₀，以及波前信息；

步骤S3，基于所述反演参数集中的反演参数以及所述波前信息与激光晶体热透镜焦距和球差之间的反演模型，得到激光晶体热透镜焦距和球差。

可选地，所述步骤S1进一步包括以下步骤：

步骤S11，建立光束质量因子M²与激光晶体热透镜的焦距和Zernike球差之间的关系模型；

步骤S12，确定基模束腰半径w₀与激光晶体热透镜焦距f之间的关系模型w₀(f)；

步骤S13，考虑影响球差项的热应力系数ε(γ)，调整光束质量因子M²与激光晶体热透镜的焦距和Zernike球差之间的关系模型；

步骤S14，确定波前信息Zernike球差系数C_Zer与激光晶体球差之间的反演模型；

步骤S15，确定波前信息光束质量因子M²和Zernike球差系数C_Zer与激光晶体热透镜焦距之间的反演模型。