[发明专利]一种高功率激光腔内热应力测量装置及方法

说明书

本发明提供一种高功率激光腔内热应力测量装置及方法，用于测量激光增益模块的增益介质目标区域的热应力分布，装置包括增益激光探测补偿系统和探测光探测补偿系统。增益激光探测补偿系统包括激光高反镜、激光输出镜、激光偏振片和功率计。探测光探测补偿系统包括探测光源、探测光起偏器、第一探测光1/4波片、分光镜、第二探测光1/4波片、探测光检偏器和CCD阵列。可实时测定增益状态下晶体内部热应力分布，依据热应力椭球特征参数测定值，优化泵浦功率分布实现热应力分布控制，改善热透镜、降低谐振腔敏感性，提升激光器输出功率。且可以控制应力主轴方向，优化振荡偏振激光增益损耗，实现高功率偏振激光输出，突破现有Tm:YAG晶体无法实现偏振输出的现状。

技术领域

本发明涉及激光技术领域，特别涉及一种高功率激光腔内热应力测量装置及方法。

背景技术

2μm激光波段为人眼安全波段，在气象监测、激光测距、激光雷达、遥感、医疗和生命科学领域等方面具有广泛应用，美国国家宇航局、美空军实验室、诺格公司、斯坦福大学、哈佛大学、剑桥大学、俄科学院和欧空局等研究人员对此都开展技术攻关。Tm:YAG晶体凭借高硬度、高热导率、优良的机械性能、热性能和光学性能等优势，是产生2μm波段激光最具发展潜力的晶体，但由于热效应严重，激光器对谐振腔参数(谐振腔腔长微变动、泵浦功率密度等)极为敏感，功率提高受限，且难以实现高光束质量、偏振激光输出，是目前各研究机构技术攻关难点及热点之一。高功率密度泵浦状态下，增益介质内部热应力并非如理想状态下般轴对称分布，而是复杂分布状态。现有激光介质热应力研究技术主要为基于有限元方法的热应力数值仿真，该技术为热效应分析提供理论研究方法，其局限性在于误差大，不能精确测定热应力分布情况。

发明内容

本发明提供一种高功率激光腔内热应力测量装置及方法以解决上述至少一个技术问题。

第一方面，本发明提供一种高功率激光腔内热应力测量装置，用于测量激光增益模块的增益介质目标区域的热应力分布，该测量装置包括：增益激光探测补偿系统和探测光探测补偿系统；

增益激光探测补偿系统包括激光高反镜、激光输出镜、激光偏振片和功率计，功率计包括第一功率计和第二功率计；

探测光探测补偿系统包括：探测光源、探测光起偏器、第一探测光波片、分光镜、第二探测光1/4波片、探测光检偏器、CCD阵列；

探测光源、探测光起偏器、第一探测光1/4波片、激光高反镜、激光增益模块、激光输出镜和分光镜依次放置；分光镜上镀有二色膜系，用于将激光增益模块产生的增益激光与探测光源发射的探测激光分开，并分两路传输，第一路为增益激光传输路径，第二路为探测光传输路径；

在增益激光传输路径上，激光偏振片共光轴放置于分光镜之后，用于将增益激光分成两个相互垂直的s光与p光；第一功率计沿s光出射光路方向放置，第二功率计沿p光出射光路方向放置；

在探测光传输路径上，第二探测光1/4波片、探测光检偏器、CCD阵列依次共光轴放置于分光镜之后。

可选地，第一探测光1/4波片、第二探测光1/4波片均与p光、s光方向呈夹角45°放置。

可选地，激光高反镜镀有对于增益激光反射率大于90％和对探测激光透过率大于80％的二色膜系；

激光输出镜镀有对于增益激光透过率为R和对探测激光透过率大于80％的二色膜系。

可选地，装置还包括控制器，控制器与CCD阵列通信连接；