[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

说明书

本发明公开了一种利用刀口法测量激光器中激光晶体热焦距的方法和装置。该测量方法是：通过90/10刀口法测量输出激光的光束质量，可得到激光在腔外传输过程中每个位置的光斑大小和发散角；根据激光光束的传输变换原理，反推出第二反射镜6处的激光光斑和发散角大小；计算在谐振腔内插入焦距为f的热透镜时，第二反射镜6处的光斑大小，使腔内振荡激光在第二反射镜6处的光斑大小和发散角与反推的值相同；近似认为激光器的热透镜焦距为f。本发明的优点在于测量时不需要在激光光路上插入其他光学元件或者改变谐振腔结构，使测量时的激光器条件与激光运转时一致，测量结果准确，装置简单，测量精度高。

技术领域

本发明属于激光技术领域，涉及一种利用刀口法测量激光器中激光晶体热焦距的方法和装置。

背景技术

半导体泵浦全固态激光器(Diode pumped solid-state lasers,DPSSL)具有结构紧凑、效率高、稳定性好以及寿命长的特点，已经发展为应用最为广泛的激光光源。尽管DPSSL由于可实现泵浦波长与吸收波长的匹配和振荡光与泵浦光的模式匹配，相对于传统闪光灯泵浦的固体激光器而言大大降低了热效应的影响，但随着泵浦功率的进一步提高，激光介质加剧的热效应对激光器性能的影响愈显突出，热效应问题已成为限制DPSSL向高功率、高光束质量发展的一个重要制约因素。尤其是在端泵晶棒的DPSSL中，泵浦光的吸收集中在靠近晶棒轴很小的体积内，使晶棒轴中心区散热困难，此时激光晶棒具有更为严重的热效应，高功率泵浦时严重影响谐振腔的稳定性和激光器的输出性能。晶体中的温度梯度、热致双折射和热致端面形变引起热透镜效应，为了补偿甚至消除热透镜效应对激光器性能的影响，首先必须对热透镜焦距进行准确测量。

常用的He-Ne直接探测方法和谐振腔稳定法等热透镜焦距测量方法需要在激光光路上插入其他光学元件或者改变谐振腔结构，使测量时的激光器条件与激光运转时不同，导致测量获得的热透镜焦距不准确。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种利用刀口法测量激光晶体热透镜焦距的方法及装置，利用刀口法获得激光器输出光束的空间传输参量，根据高斯光束传输变换关系获得谐振腔内的激光晶体热透镜焦距，在不改变激光器运转条件的情况下对激光晶体的热透镜焦距进行测量。

根据本发明的第一实施方式，本发明提供的一种利用刀口法测量激光晶体热焦距的方法，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

其中，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