[实用新型]一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是激光器模块像差消除技术，尤其是一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置。

背景技术

高能固体激光器在医疗、工业和军事领域有着重要的应用。然而激光器在运行时会产生大量的废热，这些废热往往会诱导许多热效应，比如热透镜效应，热致双折射效应和热应力等，这些热效应很大程度上限制了激光器功率的进一步提升以及造成光束质量的严重恶化。因此固体激光器的热管理在激光技术领域显的尤为重要。近年来出现了许多新型的装置结构，用于实现对激光器的热管理，提高激光器的散热能力。

直接液冷固体激光器就是在这样的大背景下出现的一种能够实现比较高效、及时散热的激光器。这类激光器通常由增益模块、泵浦源、谐振腔组成；增益模块通常由大孔径的增益介质，冷却液，单层窗口和机械固定件组成。多片增益介质平行放置，介质与介质之间充满液体，通常冷却液以一定的速度流动带走晶体产生的废热，增益模块两端由窗口密封。其优势在于增益介质完全浸没在冷却液中，冷却液通过外循环装置，迅速带走增益介质表面的余热，很好的实现热管理，同时增益介质可以数片乃至数十片的串接在一起与冷却液共同组成一个增益模块，整个增益模块体积可以非常小。同时由于激光是透射式通过整个增益模块，避免了传统固体增益介质（薄片、板条）焊接到冷却器时带来的表面形变，以及由于反射式提取带来的光轴漂移等诸多问题。

如前文所述，由于是透射式模块，激光运行时将通过整个增益模块中的每一片增益介质和增益介质之间的流体以及窗口，而增益介质两旁是冷却液填充，因此，即使晶体在装夹时产生一定的形变，由于冷却液的折射率选择和晶体的折射率通常比较接近，光通过变形的晶体和冷却液后光程差基本没有变化，因此不会造成整个模块的波前畸变。这与增益模块的窗口不同，窗口内为冷却液而外层是直接与空气接触的，因此窗口发生形变将直接造成激光通过模块后光程差不再相同，即所谓的模块产生波前畸变。例如，当冷却液在模块内高速流动时，由于模块窗口承受了很大的压力而由平面变成了球面，此时整个模块类似于一个凸透镜，透镜里面是液体、增益介质和窗口，这三者折射率可以基本看成相等，而外面是空气，其折射率远小于上述三种物体。当激光通过此类类似于透镜的模块时会附加很大的离焦和球差相位。这就是激光器增益模块因窗口形变所造成波前畸变的成因。

造成窗口形变的因素通常有两种，其一是装夹应力造成，其二是液体在流动时由于窗口承受很大的压力也会造成窗口形变。这些形变将导致直接液冷固体激光模块产生很大的波前畸变，影响激光器功率的输出。在激光器工作状态下，窗口形变造成的模块波前畸变有时甚至可以达到热对模块造成波前畸变的程度。特别是激光器在非稳腔工作模式下，其对光束质量的影响更是不可忽视。

综上所述，如何减弱甚至消除激光器增益模块因窗口形变所造成的波前畸变至关重要。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置及方法的技术方案，该方案能够有效消除内窗口形变所导致的波前畸变。

本方案是通过如下技术措施来实现的：

一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置，包括有激光增益模块、折射率匹配液、外窗口、第一机械固定件；激光增益模块包括有激光增益介质、第二机械固定件和内窗口；激光增益介质和内窗口固定在第二机械固定件上；内窗口和激光增益介质之间的空间填充有冷却液；第一机械固定件设置在激光增益模块的外侧；外窗口设置在第一机械固定件上；外窗口与激光增益模块之间填充有折射率匹配液。

作为本方案的优选：外窗口通过胶水黏结在第一机械固定件上。

作为本方案的优选：外窗口的横向通光尺寸大于内窗口的横向通光尺寸。

作为本方案的优选：激光增益介质为Nd:YAG晶体或Nd:YLF晶体。

作为本方案的优选：冷却液为水或重水或四氯化碳液体；所述激光增益介质浸在冷却液中，冷却液流过激光增益介质表面。

作为本方案的优选：折射率匹配液的折射率为n1，冷却液的折射率为n2，内窗口的折射率为n3，空气的折射率为n4，|n1-n2|＜n2-n4。

作为本方案的优选：n1=n2=n3。

作为本方案的优选：冷却液为水或重水或四氯化碳液体。