[发明专利]一种利用刀口法测量激光晶体热透镜焦距的方法及装置

权利要求书

1.一种利用刀口法测量激光晶体热焦距的方法，其特征在于包括以下步骤：

开启激光器至激光稳定输出，所述激光晶体吸收泵浦光后，所述激光晶体内部产生热透镜效应；

输出激光经过第三透镜后将激光束腰变换到谐振腔外，通过刀口法测量所述激光束腰两侧不同位置的光束半径，经过拟合计算出光束质量因子M²、束腰位置及束腰位置处的光斑大小ω(0)；

通过刀口法在第三透镜后光束束腰两侧测量输出激光光束半径随位置的变化，由公式

其中，y表示位置x处高斯光束光斑半径、P₁表示高斯光束束腰大小、P₂表示高斯光束束腰相对位置，P₃为高斯光束共焦参数；

拟合数据得出拟合参数P₁、P₃，并找出拟合曲线最低点的位置和值，即获得所述束腰位置和束腰大小ω(0)，利用公式(2)计算出输出光束的M²因子

其中，λ表示激光波长；

q参数描述高斯光束传输特性的参数，束腰位置处的q参数为q(0)；由公式(3)计算得出

i表示虚数单位；

由束腰位置到第三透镜的距离l₁计算所述第三透镜A面处的q参数q_A

q_A＝q(0)+l₁ (4)

计算所述第三透镜B面处的q参数q_B

1/q_B＝1/q_A-1/F (5)

其中，F表示第三透镜焦距；

由第二反射镜到所述第三透镜的距离l₂计算所述第二反射镜面上的q参数q_C

q_C＝q_B+l₂ (6)

计算所述第二反射镜面上的光斑半径ω₁，

其中，R(z)表示第二反射镜的曲率半径；

将所述第二反射镜面上的光斑半径ω₁，求解方程(8)可得等效热透镜的焦距f

其中，L₁为第一反射镜与激光晶体前表面的距离，L₂为第二反射镜与激光晶体前表面的距离。

2.根据权利要求1所述的一种利用刀口法测量激光晶体热焦距的方法，其特征在于：所述刀口法包括：

估计激光器束腰位置，选择合适的位置放置刀口，确定测量步长，以保证在瑞利长度内外分别能够测量5个以上数据点；

在束腰两侧不同的位置用刀口沿垂直于光束的方向对光束进行横向切割，对每一个位置进行切割时，缓慢移动刀口，记录激光光束被遮挡后功率变为未遮挡时的10％和90％时刀口的位置，计算出两位置差值，所述差值乘以0.78即为不同位置光束的半径；

利用公式(1)对不同位置的束腰半径进行拟合，找出实际束腰位置及大小，经过拟合计算出光束质量因子M²、束腰位置及束腰位置处的光斑大小ω(0)。

3.根据权利要求1所述的一种利用刀口法测量激光晶体热焦距的方法，其特征在于还包括：

搭建实验装置，调整各光学元件，保证各光学元件在同一轴线上；在高精度导轨上安装刀口，保证导轨能沿平行于光轴的方向移动，并且刀口能够切割光束。