一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法與裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法與裝置，該測(cè)量方法是將線偏振光往返通過(guò)固體激光晶體形成的熱透鏡，利用組合光學(xué)系統(tǒng)成像的方法實(shí)現(xiàn)固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距的精確測(cè)量；該測(cè)量裝置包括反射鏡A(4)、四分之一波片(5)、反射鏡B(6)、被測(cè)固體激光晶體(7)、輸出鏡(8)、反射鏡C(9)、偏振分束鏡(10)、光闌B(11)、擴(kuò)束鏡(12)、指示光源(13)、衰減濾光片(14)、CCD探測(cè)單元(15)和功率計(jì)(16)組成。與現(xiàn)有測(cè)量方法相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：簡(jiǎn)單易行，測(cè)量精度高，既適用于側(cè)面泵浦固體激光器又適用于端面泵浦固體激光器中固體激光晶體熱焦距的測(cè)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法與裝置，屬于光學(xué)測(cè)試技術(shù)、激光【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]固體激光器在動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，大量的泵浦能量轉(zhuǎn)化成廢熱并沉積在激光介質(zhì)內(nèi)部，在冷卻不均勻的外部條件下，激光介質(zhì)中心溫度高，邊緣溫度低，等效于一個(gè)厚透鏡，即熱透鏡，并且隨著泵浦功率的變化熱透鏡的焦距也在相應(yīng)變化。熱透鏡效應(yīng)制約著激光器輸出激光的光束質(zhì)量、穩(wěn)定性等各項(xiàng)性能參數(shù)，因此對(duì)激光介質(zhì)熱透鏡焦距的精確測(cè)量是激光器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
在關(guān)于激光介質(zhì)熱焦距的闡述中通常有靜態(tài)熱焦距和動(dòng)態(tài)熱焦距兩種，靜態(tài)熱焦距與動(dòng)態(tài)熱焦距存在較大的差異，靜態(tài)熱焦距無(wú)法反映激光器動(dòng)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際狀況，因此，精確測(cè)量激光介質(zhì)動(dòng)態(tài)熱焦距對(duì)激光器諧振腔設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)意義。最具有代表性的激光介質(zhì)動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法-臨界腔法，它是基于不同腔長(zhǎng)狀態(tài)下，通過(guò)增加泵浦功率直至激光器輸出功率曲線存在拐點(diǎn)，從而獲得激光晶體的動(dòng)態(tài)熱焦距，測(cè)量誤差較大，且測(cè)量步驟繁瑣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法，該方法將線偏振光往返通過(guò)固體激光晶體形成的熱透鏡，即第一次經(jīng)過(guò)的熱透鏡和第二次經(jīng)過(guò)的熱透鏡構(gòu)成一個(gè)組合光學(xué)系統(tǒng)，利用組合光學(xué)系統(tǒng)成像的方法實(shí)現(xiàn)固`體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距的精確測(cè)量。
本
【發(fā)明內(nèi)容】
依據(jù)的原理:如附圖1所示，平行光經(jīng)過(guò)光闌Al后進(jìn)入透鏡A2與透鏡B3構(gòu)成組合光學(xué)系統(tǒng)。設(shè)透鏡A2焦距H ’，透鏡B3焦距為f2’，組合焦距f’，若
/i ~ fi(I)
透鏡A2與透鏡B3間距
d = Zd1(2)
L1f = c￡2 + d3(3)
根據(jù)光闌Al半徑r，通過(guò)幾何作圖來(lái)獲得,而尸=Uh — Uf(4)
根據(jù)組合光學(xué)系統(tǒng)成像關(guān)系
Uf = f (1-(5)
綜合(5)式，從而計(jì)算出透鏡A2與透鏡B3的焦距
Ct _ aP _—(d2+rf3.)]
1 — f-Lp — LB-2{d2+d3)
如附圖2所示，本發(fā)明提供的一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量裝置包括反射鏡A4、四分之一波片5、反射鏡B6、被測(cè)固體激光晶體7、輸出鏡8、反射鏡C9、偏振分束鏡10、光闌BI 1、擴(kuò)束鏡12、指示光源13、衰減濾光片14、CXD探測(cè)單元15和功率計(jì)16組成；氦氖激光器13發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡12擴(kuò)束后入射到偏振分束鏡10的對(duì)角面上，分成偏振態(tài)相互垂直的P向偏振光和s向偏振光，s向偏振光被偏振分束鏡10的對(duì)角面反射至偏振分束鏡10的上方而偏離原光路，p向偏振光透過(guò)偏振分束鏡10,并依次穿過(guò)反射鏡C9、輸出鏡
8、被測(cè)固體激光晶體7、反射鏡B6和四分之一波片5,在反射鏡A4表面被反射回來(lái)，由于此P向偏振光往返兩次通過(guò)四分之一波片5，其偏振方向旋轉(zhuǎn)了 90度，變成了 s向偏振光，此s向偏振光而后依次穿過(guò)反射鏡B6、被測(cè)固體激光晶體7、輸出鏡8和反射鏡C9,在偏振分束鏡10的對(duì)角面向偏振分束鏡10的下方反射，穿過(guò)衰減濾光片14后被CCD探測(cè)單元15接收，CXD探測(cè)單元15最后顯示探測(cè)到光斑尺寸。
所述的反射鏡A4為平面反射鏡，表面鍍制Al的高反射膜，用于將0度入射的Al光反射回原光路；
所述的四分之一波片5為石英材質(zhì)\ I波長(zhǎng)的四分之一波片，表面鍍制\ I增透膜，用于將\ I光的偏振方向旋轉(zhuǎn)45度；
所述的反射鏡B6與被測(cè)固體激光晶體7和輸出鏡8構(gòu)成一個(gè)固體激光器諧振腔，對(duì)入I透射率高于70%，該固體激光器輸出的激光波長(zhǎng)為\ 2 ；
所述的反射鏡C9為二向分色的平面鏡，在光路中與光軸呈45度放置，對(duì)45度入射的入I波長(zhǎng)光增透，對(duì)45度入射的X 2波長(zhǎng)高反射，用于阻止X 2波長(zhǎng)激光進(jìn)入到其右方的光路；
所述的偏振分束鏡10為偏振分光棱鏡，其對(duì)\ I波長(zhǎng)的s向偏振光的反射率聞?dòng)?9%,對(duì)P向偏振光透射率高于99%,各通光面上鍍制\ I波長(zhǎng)光的增透膜；
所述的孔闌Bll是中間有孔的金屬板，用于阻擋大于孔徑尺寸的光束；
所述的擴(kuò)束鏡12為倒置的伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)，擴(kuò)束倍率為10倍，用于準(zhǔn)直指示光源13發(fā)出的光束；
所述的指示光源13優(yōu)選氦氖激光器、半導(dǎo)體激光器或全固態(tài)激光器，發(fā)出光波長(zhǎng)為
入I ；
所述的衰減濾光片14為吸收型窄帶濾光片，表面鍍制\ I波長(zhǎng)的窄帶增透膜，帶寬為±5nm,自身對(duì)入l±5nm范圍的光吸收率為30%，對(duì)入l±5nm之外的光高反射；
所述的CXD探測(cè)單元15由CXD相機(jī)、圖象采集處理器及顯示器構(gòu)成，用于處理和顯示采集到的指示光光斑尺寸；
所述的功率計(jì)16為量熱式探測(cè)器，用于回收并測(cè)量\ 2波長(zhǎng)激光的功率。
本發(fā)明的測(cè)量步驟如下:
1)開(kāi)啟指示光源13和CCD探測(cè)單元15；
2)開(kāi)啟被測(cè)固體激光晶體4的外界泵浦源；
3)在某一泵浦功率下，改變光闌Bll尺寸，直到CCD探測(cè)單元15觀測(cè)到的光斑恰好發(fā)生變化為止，并記錄此時(shí)光闌Bll半徑r ;
4)軸向移動(dòng)反射鏡A4，使CCD探測(cè)單元15的探測(cè)面尺寸大于所接收的光斑尺寸；
5)改變距離d3的大小，直至CXD探測(cè)單元15接收到的光斑達(dá)到最小值；
6)根據(jù)附圖1所示的幾何光路作圖尋找組合系統(tǒng)主面位置14；
7)根據(jù)公式(5)和(6)計(jì)算出被測(cè)固體激光晶體7的動(dòng)態(tài)熱焦距。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0004] 圖1是組合光學(xué)系統(tǒng)光路示意圖。
圖2是測(cè)量光路圖。
圖中:1-光闌A，2-透鏡A，3-透鏡B，4-反射鏡A，5-四分之一波片，6-反射鏡B，7-被測(cè)固體激光晶體，8-輸出鏡，9-反射鏡C，10-偏振分束鏡，11-光闌B，12-擴(kuò)束鏡，13-指示光源，14-衰減濾光片，15-CCD探測(cè)單元，16-功率計(jì)。
【權(quán)利要求】
1.一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法，其特征在于該方法將線偏振光往返通過(guò)固體激光晶體形成的熱透鏡，利用組合光學(xué)系統(tǒng)成像的方法獲得固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距:1 —產(chǎn)4 — 4-2(d2+d3)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下測(cè)量步驟: 1)開(kāi)啟指示光源(13)和C⑶探測(cè)單元(15); 2)開(kāi)啟被測(cè)固體激光晶體(7)的外界泵浦源； 3)在某一泵浦功率下，改變光闌B(11)尺寸，直到CCD探測(cè)單元(15)觀測(cè)到的光斑恰好發(fā)生變化為止，并記錄此時(shí)光闌B (11)半徑r; 4)軸向移動(dòng)反射鏡A(4 )，使CCD探測(cè)單元(15)的探測(cè)面尺寸大于所接收的光斑尺寸； 5)改變距離d3的大小，直至CXD探測(cè)單元(15)接收到的光斑達(dá)到最小值； 6)根據(jù)附圖2所示的幾何光路作圖尋找組合系統(tǒng)主面位置14； 7)根據(jù)公式(5)和(6)計(jì)算出被測(cè)固體激光晶體7的動(dòng)態(tài)熱焦距。
3.如權(quán)利要求1所述的一種固體激光晶體動(dòng)態(tài)熱焦距測(cè)量方法所采用的測(cè)量裝置，其特征在于包括反射鏡A (4)、四分之一波片(5)、反射鏡B (6)、被測(cè)固體激光晶體(7)、輸出鏡(8 )、反射鏡C (9 )、偏振分束鏡(10 )、光闌B (11)、擴(kuò)束鏡(12)、指示光源(13)、衰減濾光片(14)、(XD探測(cè)單元(15)和功率計(jì)(16)組成；氦氖激光器(13)發(fā)出的激光束經(jīng)過(guò)擴(kuò)束鏡(12)擴(kuò)束后入射到偏振分束鏡(10)的對(duì)角面上,分成偏振態(tài)相互垂直的p向偏振光和s向偏振光，s向偏振光被偏振分束鏡(10)的對(duì)角面反射至偏振分束鏡(10)的上方而偏離原光路，P向偏振光透過(guò)偏振分束鏡(10 )，并依次穿過(guò)反射鏡C( 9 )、輸出鏡(8 )、被測(cè)固體激光晶體(7)、反射鏡B (6)和四分之一波片(5),在反射鏡A (4)表面被反射回來(lái)，由于此p向偏振光往返兩次通過(guò)四分之一波片(5)，其偏振方向旋轉(zhuǎn)了 90度，變成了 s向偏振光，此s向偏振光而后依次穿過(guò)反射鏡B (6)、被測(cè)固體激光晶體(7)、輸出鏡(8)和反射鏡C (9)，在偏振分束鏡(10)的對(duì)角面向偏振分束鏡(10)的下方反射，穿過(guò)衰減濾光片(14)后被CCD探測(cè)單元(15)接收，CXD探測(cè)單元(15)最后顯示探測(cè)到光斑尺寸； 所述的反射鏡A (4)為平面反射鏡； 所述的四分之一波片(5)為石英材質(zhì)\ I波長(zhǎng)的四分之一波片； 所述的反射鏡B (6)、被測(cè)固體激光晶體(7)和輸出鏡(8)構(gòu)成一個(gè)固體激光器諧振腔； 所述的反射鏡C (9)為二向分色的平面鏡； 所述的偏振分束鏡(10)為偏振分光棱鏡； 所述的孔闌B (11)是中間有孔的金屬板； 所述的擴(kuò)束鏡(12)為倒置的伽利略望遠(yuǎn)系統(tǒng)； 所述的指示光源(13)為氦氖激光器、半導(dǎo)體激光器或全固態(tài)激光器； 所述的衰減濾光片(14)為吸收型窄帶濾光片；.所述的CXD探測(cè)單元(15)由C⑶相機(jī)、圖象采集處理器及顯示器構(gòu)成；所述的功率計(jì)(16)為量熱式探測(cè)器。
【文檔編號(hào)】G01M11/02GK103499431SQ201310389422
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年9月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月2日
【發(fā)明者】王菲, 焦正超, 車(chē)英, 羅寬, 王曉華, 田明, 魏志鵬, 方鉉 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)