專利名稱：固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光介質(zhì)，特別是一種固體激光器中動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置。
背景技術(shù)：
激光工作物質(zhì)熱畸變是阻礙激光功率進(jìn)一步提高和獲得高光束質(zhì)量的一個(gè)重要因素。因此有效的實(shí)時(shí)檢測激光介質(zhì)的動(dòng)態(tài)熱畸變，充分、深入地了解激光工作物質(zhì)的溫度分布，并對其進(jìn)行有效補(bǔ)償，對保證大功率固體激光器的連續(xù)、高效工作十分重要。
在固體激光器的熱畸變研究中，大多數(shù)都是采用數(shù)值模擬的方式分析激光介質(zhì)的溫度分布、熱應(yīng)力，熱焦距等[張玲等LD側(cè)面泵浦Nd:YAG激光器的熱效應(yīng)研究，激光與紅外，2003年，Vol.33，No.1]，但并不能夠真實(shí)準(zhǔn)確的得到激光介質(zhì)的溫度分布。也有的利用干涉方法探測激光介質(zhì)的熱畸變[羅必凱等YAG激光棒光泵浦動(dòng)態(tài)熱效應(yīng)的干涉測試，中國激光，1993年，Vol.A20，No.3]，但是只用于單脈沖泵浦的情況下，而且得到的是三維波面圖，并未得到溫度分布圖。也有利用泵浦過程中，參考光在激光晶體泵浦的另一端入射，經(jīng)前后端面的反射后相互干涉，根據(jù)產(chǎn)生的干涉條紋發(fā)生的移動(dòng)來測量晶體的熱透鏡焦距[楊永明等 干涉法測量LD端面泵浦Nd:YAG晶體熱透鏡焦距，光子學(xué)報(bào)，2005年2月，Vol.34，No.2]，但采用這種方法的精確度不高。總之，現(xiàn)有技術(shù)的都未能在實(shí)驗(yàn)中動(dòng)態(tài)地測出激光介質(zhì)的溫度分布，而且不具有實(shí)時(shí)性，處理比較理想化，精度不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置，要求結(jié)構(gòu)簡單，裝調(diào)容易，能獲得激光介質(zhì)的動(dòng)態(tài)熱畸變。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置，其特征在于由He-Ne激光器、擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡、第一分光鏡、第二分光鏡、第一全反鏡、第二全反鏡、觀察屏、CCD探測器和計(jì)算機(jī)組成，上述組件的位置關(guān)系如下He-Ne激光器發(fā)出的He-Ne光經(jīng)過擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡后被第一分光鏡分為兩束，一束透射光經(jīng)過固體激光器的激光介質(zhì)由第一全反鏡反射，再經(jīng)第二分光鏡反射，另一反射光束經(jīng)第二全反鏡反射透過第二分光鏡，這兩束光在第二分光鏡的半反射面上發(fā)生干涉，干涉圖樣成像在觀察屏上，干涉條紋圖樣由CCD探測器采集送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
由于被測激光介質(zhì)被泵浦時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)使激光介質(zhì)的折射率會發(fā)生變化，而折射率的變化將使通過激光介質(zhì)的光程差發(fā)生變化，導(dǎo)致產(chǎn)生的干涉條紋發(fā)生形變和移動(dòng)，利用CCD探測器連續(xù)拍攝干涉條紋動(dòng)態(tài)變化過程，得到一系列按時(shí)間排序的干涉條紋圖像。通過分析這些干涉條紋圖，根據(jù)這些條紋圖上每一點(diǎn)在不同時(shí)刻對應(yīng)的移動(dòng)的級數(shù)來計(jì)算折射率的變化情況，而根據(jù)折射率的變化計(jì)算得到激光介質(zhì)的熱畸變情況。為了更精確的得到條紋上每一點(diǎn)對應(yīng)的移動(dòng)的條紋級數(shù)，因而采用了圖像處理的辦法，經(jīng)過圖像預(yù)處理等一些步驟，最后采用細(xì)化算法來提取抽取條紋的骨架，這為后續(xù)的數(shù)據(jù)處理帶來了極大的方便。
下面以側(cè)泵板條激光器為實(shí)例，具體計(jì)算過程如下建立坐標(biāo)系(見圖2)，設(shè)板條激光介質(zhì)的長度為L，探測光(He-Ne光)的波長為λ，未泵浦的半條介質(zhì)的折射率為n0，泵浦后軸向(z軸)折射率梯度為零，截面(x-y平面)上折射率分布為n＝n(x，y)(1)對應(yīng)點(diǎn)(x，y)的光程差的變化量為Δl(x，y)，移過的條紋數(shù)目為Δm(x，y)，折射率的變化量為Δn(x，y)，那么有Δl(x，y)＝Δm(x，y)·λ (2)而有Δl(x，y)＝[n(x，y)-n0]·L＝Δn(x，y)·L(3)對比(2)(3)兩式，那么有Δn(x,y)=Δm(x,y)·λL---(4)]]>這樣根據(jù)條紋移動(dòng)量就可以算的折射率的變化量。溫度折射率系數(shù)dn/dt引起的溫度變化是熱致折射率變化Δn(x，y)的主要原因，因此近似認(rèn)為Δn(x,y)=Δn(x,y)T=ΔT(x,y)·(dndt)---(5)]]>綜合上述兩式(4)、(5)，則有
ΔT(x,y)=Δn(x,y)/(dndt)---(6)]]>這樣就可以得到板條激光介質(zhì)在被泵浦過程中的溫度分布，而從干涉條紋也可以直接得到三維波面圖。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)或技術(shù)成果是1、在本發(fā)明中，由于采用干涉條紋的方法，將成熟的計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)應(yīng)用于處理?xiàng)l紋，能夠得到較高的精度。
2、在本發(fā)明中，由于采用的是非接觸的測量方式，不會影響激光器的正常工作。
3、在本發(fā)明中，由于CCD探測器采集的干涉條紋能夠輸入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理和計(jì)算，可以計(jì)算出折射率的變化得到激光介質(zhì)的熱畸變情況等。
4、在本發(fā)明中，由于所用器件結(jié)構(gòu)簡單，整個(gè)裝置穩(wěn)定使用，便于加工制造。


圖1為本發(fā)明固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2為側(cè)面泵浦的板條激光介質(zhì)示意圖。
具體的實(shí)施方式參閱圖1，圖1為本發(fā)明測量激光介質(zhì)動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置的結(jié)構(gòu)框圖。由圖可見本發(fā)明固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置，由He-Ne激光器1，擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2，第一分光鏡3、第二分光鏡7，第一全反鏡6、第二全反鏡8，觀察屏11，CCD探測器10和計(jì)算機(jī)12組成，上述組件的位置關(guān)系如下He-Ne激光器1發(fā)出的He-Ne光經(jīng)過擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2后被第一分光鏡3分為兩束，一束透射光經(jīng)過固體激光器的激光介質(zhì)5由第一全反鏡6反射，再經(jīng)第二分光鏡7反射，另一反射光束經(jīng)第二全反鏡8反射透過第二分光鏡7，這兩束光在第二分光鏡7的半反射面上發(fā)生干涉，干涉圖樣成像在觀察屏11上，干涉條紋圖樣由CCD探測器10采集并送入計(jì)算機(jī)12進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
從He-Ne激光器1發(fā)出的激光經(jīng)過擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡2進(jìn)入干涉儀光路，此時(shí)光路中的激光介質(zhì)5未被泵浦，通過CCD探測器10采集到一幅此時(shí)的干涉條紋圖，保存作為背景條紋圖。
當(dāng)泵浦源4和9對激光介質(zhì)5開始泵浦時(shí)，通過CCD探測器10實(shí)時(shí)連續(xù)的對觀察屏11上的干涉條紋進(jìn)行采集存儲送入計(jì)算機(jī)12，直至泵浦結(jié)束為止。
為了方便精確計(jì)算截面上干涉條紋移動(dòng)的數(shù)目，將所有采集到的干涉條紋進(jìn)行處理并提取出條紋中心，然后將泵浦時(shí)采集到的一系列干涉條紋與背景條紋進(jìn)行對比，分析計(jì)算出三維波面、溫度分布、等效熱焦距等。
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中采用了一塊大小為2cm*3cm*1cm的板狀激光玻璃模擬激光二極管(LD)抽運(yùn)激光板條的過程，將兩個(gè)LD激光器4、9換成兩個(gè)致冷片粘貼在激光玻璃的兩側(cè)面，實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度為20℃。采用溫控電路控制兩個(gè)致冷片的溫度，使其溫差保持在60℃左右，模擬板條被抽運(yùn)時(shí)的熱傳導(dǎo)過程。
先搭建好光路，拍得一幅背景條紋圖。然后將激光玻璃放入光路中，在致冷片開始工作的同時(shí)CCD探測器10以每秒25幀的速度連續(xù)采集觀察屏11上的干涉條紋移動(dòng)的過程，共采集了12秒，這時(shí)熱傳導(dǎo)過程已經(jīng)基本穩(wěn)定。
為了更精確的計(jì)算條紋移動(dòng)的級數(shù)，必須先提取出條紋的中心，根據(jù)前面的理論計(jì)算，可以得到該激光玻璃在熱傳導(dǎo)過程中的動(dòng)態(tài)熱畸變情況。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明結(jié)果與理論計(jì)算相符，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低廉，能夠在非接觸的條件下對板條激光介質(zhì)的溫度分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量，并且在連續(xù)泵浦、單脈沖泵浦或重復(fù)脈沖泵浦的時(shí)候都能進(jìn)行測量，應(yīng)用廣泛。
權(quán)利要求
1.一種固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置，其特征在于由He-Ne激光器(1)，擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(2)，第一分光鏡(3)、第二分光鏡(7)，第一全反鏡(6)、第二全反鏡(8)，觀察屏(11)，CCD探測器(10)和計(jì)算機(jī)(12)組成，上述組件的位置關(guān)系如下He-Ne激光器(1)發(fā)出的He-Ne光經(jīng)過擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡(2)后被第一分光鏡(3)分為兩束，一束透射光經(jīng)過固體激光器的激光介質(zhì)(5)由第一全反鏡(6)反射，再經(jīng)第二分光鏡(7)反射，另一反射光束經(jīng)第二全反鏡(8)反射透過第二分光鏡(7)，這兩束光在第二分光鏡(7)的半反射面上發(fā)生干涉，干涉圖樣成像在觀察屏(11)上，干涉條紋圖樣由CCD探測器(10)采集送入計(jì)算機(jī)(12)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
全文摘要
一種固體激光器動(dòng)態(tài)熱畸變的干涉測量裝置，其特征在于由He－Ne激光器、擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡、第一分光鏡、第二分光鏡、第一全反鏡、第二全反鏡、觀察屏、CCD探測器和計(jì)算機(jī)組成，上述組件的位置關(guān)系如下He－Ne激光器發(fā)出的He－Ne光經(jīng)過擴(kuò)束望遠(yuǎn)鏡后被第一分光鏡分為兩束，一束透射光經(jīng)過固體激光器的激光介質(zhì)由第一全反鏡反射，再經(jīng)第二分光鏡反射，另一反射光束經(jīng)第二全反鏡反射透過第二分光鏡，這兩束光在第二分光鏡的半反射面上發(fā)生干涉，干涉圖樣成像在觀察屏上，干涉條紋圖樣由CCD探測器采集送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，成本低廉，能夠在非接觸的條件下對板條激光介質(zhì)的溫度分布進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量。
文檔編號H01S3/00GK1888839SQ20061002925
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月21日
發(fā)明者劉佳, 付文強(qiáng), 胡企銓 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所