專利名稱：一種調(diào)節(jié)柱面鏡曲率半徑的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及激光器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)節(jié)柱面鏡曲率半徑的裝置。
背景技術(shù)：
激光器工作時(shí)激光介質(zhì)吸收的泵浦光能量，除一部分以激光方式輸出外，其他能量大多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)闊岵⒊练e在激光工作物質(zhì)內(nèi)使其產(chǎn)生溫升，在不斷重復(fù)泵浦和熱傳導(dǎo)作用下，工作物質(zhì)內(nèi)溫度梯度不斷増加，工作物質(zhì)中溫度梯度的存在使原本折射率完全均勻的工作物質(zhì)變?yōu)轭愅哥R介質(zhì)，光束通過工作物質(zhì)后發(fā)生聚焦，俗稱為熱自聚焦。熱自聚焦不但使激光束發(fā)散角迅速増加，不利于后續(xù)繼續(xù)利用，更為嚴(yán)重的是會(huì)在工作物質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生實(shí)焦點(diǎn)，它將在材料內(nèi)部產(chǎn)生激光損傷。
為了減輕熱透鏡效應(yīng)對激光器件的影響，目前廣泛采用將工作物質(zhì)端面磨成凹面以作補(bǔ)償，但只能對特定泵浦功率下的特定的熱透鏡效應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)加工精確的凹面晶體會(huì)增大工藝成本。另外，在晶體外形一定的條件下，利用“基模熱穩(wěn)腔”思想設(shè)計(jì)諧振腔是ー種常用方法，即當(dāng)激光的參數(shù)滿足一定條件時(shí)，能使基模參數(shù)在一定泵浦功率范圍內(nèi)保持不變或變化甚緩。這種方法通常要求激光介質(zhì)盡可能靠輸出耦合鏡一端，腔長比激光晶體長的多，同樣的這種形式的激光器只能在泵浦功率在較小范圍內(nèi)變化的情況下穩(wěn)定工作，如果泵浦功率范圍變化較大，這種穩(wěn)腔結(jié)構(gòu)將會(huì)被打破，輸出光遠(yuǎn)場發(fā)散角及束寬都會(huì)發(fā)生比較大的變化。為了實(shí)現(xiàn)較大泵浦功率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)激光器的穩(wěn)定工作，人們設(shè)法尋找外加的附加補(bǔ)償裝置來實(shí)現(xiàn)熱透鏡效應(yīng)的補(bǔ)償。2003年8月27日公告授權(quán)的申請?zhí)枮?2266147. 6的中國實(shí)用新型專利說明書中公開了ー種新型的熱穩(wěn)腔，在固體激光介質(zhì)與輸出鏡之間設(shè)置一面由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的補(bǔ)償透鏡，補(bǔ)償透鏡根據(jù)固體激光介質(zhì)功率的大小，由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)前后移動(dòng)調(diào)整補(bǔ)償透鏡的位置。該補(bǔ)償裝置的所應(yīng)用的光學(xué)原理是使激光介質(zhì)與補(bǔ)償透鏡之間的距離始終保持為熱透鏡焦距與補(bǔ)償透鏡焦距之和，即使熱透鏡與補(bǔ)償透鏡形成開普勒望遠(yuǎn)鏡，由此來達(dá)到補(bǔ)償固體激光介質(zhì)的熱透鏡效應(yīng)，使不穩(wěn)定腔變?yōu)榉€(wěn)定腔，高功率的激光輸出具有較好的穩(wěn)定性和光束質(zhì)量的目的。但是上述的補(bǔ)償裝置存在以下問題該補(bǔ)償裝置的補(bǔ)償方法是使棒與透鏡之距離等于“熱透鏡焦距與透鏡焦距之和”即熱透鏡與透鏡形成開普勒望遠(yuǎn)鏡，該補(bǔ)償裝置只有當(dāng)熱透鏡焦距很小吋，“熱透鏡焦距與透鏡焦距之和”可為實(shí)際激光器件采用，當(dāng)熱透鏡焦距較大(如幾米)吋，“熱透鏡焦距與透鏡焦距之和”相當(dāng)大，難于為實(shí)際激光器件采用；光學(xué)諧振腔內(nèi)插入柱面鏡使激光損耗增加，會(huì)導(dǎo)致激光能量轉(zhuǎn)換效率下降。上述的公布的發(fā)明是建立在熱透鏡效應(yīng)軸対稱的情況下進(jìn)行的，當(dāng)激光諧振腔產(chǎn)生的熱效應(yīng)不是軸對稱，如板條激光器，需要在ー維方向進(jìn)行調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了提供ー種結(jié)構(gòu)簡單、裝配容易的在ー維方向補(bǔ)償激光器熱透鏡效應(yīng)的裝置，及進(jìn)ー步維持在泵浦功率較大范圍變化時(shí)激光器的穩(wěn)定工作。一種調(diào)節(jié)柱面鏡曲率半徑的裝置，包括夾持機(jī)構(gòu)，用于固定柱面鏡；壓カ均勻分布部件，用于使所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對柱面鏡施加的壓カ沿柱面鏡外表面垂直方向均勻分布；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過所述壓カ均勻分布部件與所述柱面鏡的外表面相連接，用于對所述柱面鏡施加壓カ以改變柱面鏡曲面的曲率。其中，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括頂桿、頂桿支座和頂桿驅(qū)動(dòng)單元，所述頂桿安裝在所述頂桿支座上并垂直于所述柱面鏡的外表面，所述頂桿一端與所述壓カ均勻分布部件相連接， 另一端與所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元相連接，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述頂桿在水平方向上移動(dòng)以調(diào)節(jié)所述頂桿對所述柱面鏡外表面的壓力。其中，所述壓カ均勻分布部件安裝在所述柱面鏡外表面豎直方向的中心線上，所述頂桿連接在所述壓カ均勻分布部件的中心。其中，所述壓カ均勻分布部件與所述柱面鏡的連接方式為粘接或機(jī)械連接。其中，所述頂桿與所述壓カ均勻分布部件的連接方式為接觸連接。其中，所述頂桿與所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元相連接端設(shè)有外螺紋，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有與所述外螺紋相匹配的內(nèi)螺紋，轉(zhuǎn)動(dòng)所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元可以推動(dòng)所述頂桿在水平方向移動(dòng)。其中，所述頂桿為壓電陶瓷材料，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元為壓電陶瓷電源，所述頂桿與所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元通過電纜相連接，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元通過電壓的變化控制所述連接桿水平方向移動(dòng)。其中，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元連接有激光泵浦反饋裝置，所述激光泵浦反饋裝置用于在泵浦功率發(fā)生變化時(shí)，控制所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元電壓，實(shí)現(xiàn)所述頂桿在水平方向的位置調(diào)整。其中，所述連接桿貫穿所述連接桿支座，所述連接桿與所述連接桿支座直接采用螺紋方式連接。其中，所述連接桿支座頂部有卡槽，所述連接桿安裝在所述卡槽內(nèi)，所述連接桿在所述卡槽內(nèi)可以在水平方向移動(dòng)。本發(fā)明提供的一種調(diào)節(jié)柱面鏡曲率半徑的裝置，安裝在激光器的柱面鏡的外側(cè)，該結(jié)構(gòu)簡單、易于裝配，當(dāng)激光器的泵浦功率發(fā)生變化時(shí)，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)柱面鏡的曲率半徑，柱面鏡的曲率半徑的變形量可補(bǔ)償熱透鏡焦距的變化，使得輸出鏡的基模高斯光斑尺寸和光遠(yuǎn)場發(fā)散角保持不變，維持激光系統(tǒng)的穩(wěn)定工作，避免激光器內(nèi)部的材料發(fā)生激光損傷；進(jìn)ー步地，采用壓電陶瓷材料和壓電陶瓷電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了柱面鏡曲率半徑的連續(xù)變化，保證在泵浦功率較大變化范圍時(shí)激光器的穩(wěn)定工作。


圖I是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意2是本發(fā)明實(shí)施例一的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明曲率半徑調(diào)節(jié)原理圖4是本發(fā)明等效諧振腔的示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例ニ的激光器熱透鏡效應(yīng)的補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I、底座；2、柱面鏡；3、激光介質(zhì)；4、輸出鏡；5、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；2_1、夾持機(jī)構(gòu)；3-1、冷卻模塊；4-1、輸出鏡調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；5-1、頂桿；5-2、頂桿支座；5-3、頂桿驅(qū)動(dòng)單元；a、夕卜表面山、內(nèi)表
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)柱面鏡曲率半徑的裝置，其特征在于，包括 夾持機(jī)構(gòu)，用于固定柱面鏡； 壓カ均勻分布部件，用于使所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對柱面鏡施加的壓カ沿柱面鏡外表面垂直方向均勻分布； 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過所述壓カ均勻分布部件與所述柱面鏡的外表面相連接，用于對所述柱面鏡施加壓カ以改變柱面鏡曲面的曲率。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括頂桿、頂桿支座和頂桿驅(qū)動(dòng)單元，所述頂桿安裝在所述頂桿支座上并垂直于所述柱面鏡的外表面，所述頂桿一端與所述壓カ均勻分布部件相連接，另一端與所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元相連接，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元用于驅(qū)動(dòng)所述頂桿在水平方向上移動(dòng)以調(diào)節(jié)所述頂桿對所述柱面鏡外表面的壓力。
3.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述壓カ均勻分布部件安裝在所述柱面鏡外表面豎直方向的中心線上，所述頂桿連接在所述壓カ均勻分布部件的中心。
4.如權(quán)利要求I或3所述的裝置，其特征在于，所述壓カ均勻分布部件與所述柱面鏡的連接方式為粘接或機(jī)械連接。
5.如權(quán)利要求2或3所述的裝置，其特征在于，所述頂桿與所述壓カ均勻分布部件的連接方式為接觸連接。
6.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在干，所述頂桿與所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元相連接端設(shè)有外螺紋，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元設(shè)有與所述外螺紋相匹配的內(nèi)螺紋，轉(zhuǎn)動(dòng)所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元可以推動(dòng)所述頂桿在水平方向移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述頂桿為壓電陶瓷材料，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元為壓電陶瓷電源，所述頂桿與所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元通過電纜相連接，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元通過電壓的變化控制所述連接桿水平方向移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元連接有激光泵浦反饋裝置，所述激光泵浦反饋裝置用于在泵浦功率發(fā)生變化時(shí)，控制所述頂桿驅(qū)動(dòng)單元電壓，實(shí)現(xiàn)所述頂桿在水平方向的位置調(diào)整。
9.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述連接桿貫穿所述連接桿支座，所述連接桿與所述連接桿支座直接采用螺紋方式連接。
10.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述連接桿支座頂部有卡槽，所述連接桿安裝在所述卡槽內(nèi)，所述連接桿在所述卡槽內(nèi)可以在水平方向移動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)柱面鏡曲率半徑的裝置，包括夾持機(jī)構(gòu)，用于固定柱面鏡；壓力均勻分布部件，用于使所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對柱面鏡施加的壓力沿柱面鏡外表面垂直方向均勻分布；調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過所述壓力均勻分布部件與所述柱面鏡的外表面相連接，用于對所述柱面鏡施加壓力以改變柱面鏡曲面的曲率。
文檔編號(hào)H01S3/136GK102684060SQ20121015146
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月15日
發(fā)明者鞏馬理, 張海濤, 柳強(qiáng), 胡震岳, 閆平, 黃磊 申請人:清華大學(xué)