本发明专利技术公开了一种激光棒热透镜效应补偿装置和补偿方法，装置包括设置在激光棒后的一个凹透镜和一个凸透镜，凹透镜的中心与激光棒的端面为一固定的距离，凸透镜设置有位置移动机构，凹透镜的光轴、凸透镜的光轴及激光棒的光轴三者重合，通过计算或测量确定激光棒在不同泵浦平均功率下达到热平衡时的热透镜焦距，并计算出凸透镜和凹透镜之间的调整距离，使凸透镜向两透镜距离减小方向移动相应调整距离，可以对激光棒在任意泵浦功率下产生的热透镜效应所引起的激光器光束发散角增大的现象作完全补偿，能够完全避免热自聚焦现象所引起的激光工作物质的损伤，并且不会对激光输出功率产生大的影响，同时也不会对激光器的单脉冲运转产生影响。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种固体激光器中激光棒的热透镜效应，尤其是涉及。
技术介绍
现有的固体激光器在运转过程中吸收泵浦光能量，除小部分以激光方式输出外，大多数能量转变为热并沉积在激光工作物质内使其产生温升，在不断重复泵浦和热传导作用下，工作物质内温度梯度不断增加，直到发热功率与冷却液带走热量相等时达到热平衡。工作物质中温度梯度的存在使原本折射率完全均匀的工作物质变为类透镜介质，光束通过工作物质后发生聚焦，俗称为热自聚焦。在对称泵浦的情况下，园柱形激光棒成为类球透镜，其主平面到焦点的距离称为热透镜焦距。热自聚焦不但使激光束发散角迅速增加，更为严重的是会在工作物质内部产生实焦点，它将在材料内部产生激光损伤。为了减轻热透镜效应对激光器件的影响，目前广泛采用将工作物质端面磨成凹面以作补偿，但只能对特定泵浦功率下的特定的热透镜效应进行补偿。为此，人们设法寻找外加的附加补偿装置来实现热透镜效应的补偿，如2003年8月27日公告授权的02266147.6号中国技术专利说明书中公开了一种新型的热稳腔，在固体激光介质(相当于本专利技术中的激光棒)与输出镜之间设置一由步进电机驱动的补偿透镜，补偿透镜根据固体激光介质功率的大小，由步进电机驱动前后移动调整补偿透镜的位置。该补偿装置的所应用的光学原理是使激光介质与补偿透镜之间的距离始终保持为热透镜焦距与补偿透镜焦距之和，即使热透镜与补偿透镜形成开普勒望远镜，由此来达到补偿固体激光介质的热透镜效应，使不稳定腔变为稳定腔，高功率的激光输出具有较好的稳定性和光束质量的目的。但是上述的补偿装置也存在以下问题该补偿装置的补偿方法是使棒与透镜之距离等于“热透镜焦距与透镜焦距之和”即热透镜与透镜形成开普勒望远镜，由于棒的热效应只是类透镜，采用单透镜不可能完全补偿；该补偿装置只有当热透镜焦距很小时，“热透镜焦距与透镜焦距之和”可为实际激光器件采用，当热透镜焦距较大(如几米)时，“热透镜焦距与透镜焦距之和”相当大，难于为实际激光器件采用；此外，腔内加透镜后，使得激光器无法进行单次运转。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供，能够实现不同泵浦功率下对固体激光器中的激光棒的热自聚焦效应进行完全补偿。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种激光棒热透镜效应补偿装置，它包括设置在激光棒后的一个凹透镜和一个凸透镜，所述的凹透镜的中心与所述的激光棒的端面为一固定的距离，所述的凸透镜设置有位置移动机构，所述的凹透镜的光轴、所述的凸透镜的光轴及所述的激光棒的光轴三者重合。所述的凹透镜的焦距值小于所述的凸透镜的焦距值。所述的凸透镜移动的最大距离为所述的凸透镜的焦距减去所述的凹透镜的焦距。所述的凹透镜是薄球面凹透镜，所述的凸透镜是薄球面凸透镜。本专利技术解决上述技术问题所采用的又一技术方案为一种激光棒热透镜效应补偿方法，包括下述步骤，步骤一将一个凹透镜和一个凸透镜设置在激光棒的输出端面后，通过调整使所述的凹透镜和所述的凸透镜的光轴与所述的激光器棒的光轴重合，使所述的凹透镜的中心与所述的激光棒的端面为一固定的距离，并调整所述的凹透镜与凸透镜之间的距离为所述的凸透镜的焦距减去所述的凹透镜的焦距；步骤二确定所述的激光棒在不同泵浦平均功率下达到热平衡时的热透镜焦距；步骤三计算出所述的凸透镜和所述的凹透镜之间的调整距离，并使所述的凸透镜向两透镜距离减小方向移动所述的调整距离；步骤四在激光器的运转过程中移动所述的凸透镜进行动态修正。所述的步骤二中的热透镜焦距是根据下列公式通过计算获得的，f=2κ(β+P)×WpL,]]>其中f-热透镜焦距，κ-激光材料的热传导系数，β-激光材料的折射率温度系数，χ-激光器件的发热效率，即发热功率与泵浦平均功率之比值，Wp-单位体积激光工作物质泵浦平均功率，L-激光棒的长度，P-激光工作物质的应力热光系数。所述的步骤二中的热透镜焦距也可以通过测量获得。所述的步骤三中的调整距离根据下列公式计算获得，Δd=-f12f-f1-d1-L/2n,]]>其中Δd-为凸透镜移动的调整距离，n-为激光棒的折射率，f-为热透镜焦距，f1-为凹透镜的焦距，d1-为凹透镜与激光棒输出端面的距离，L-为激光棒的长度，“-”表示沿着两透镜距离减小方向调节。所述的步骤四中的动态修正是移动所述的凸透镜使激光输出的远场光斑与近场光斑接近。与现有技术相比，本专利技术的优点在于可以对激光棒在任意泵浦功率下产生的热透镜效应所引起的激光器光束发散角增大的现象作完全补偿，能够完全避免热自聚焦现象所引起的激光工作物质的损伤，并且不会对激光输出功率产生大的影响；而在激光器单次脉冲工作时，补偿装置等同于一个伽利略扩束望远镜，因而不会影响激光器的运转；通过选择具有不同焦距参数的凹透镜和凸透镜，可以不受热透镜焦距大小的影响，实现对热透镜效应的完全补偿。本专利技术的补偿装置可以设置在激光器的光学谐振腔内和光学谐振腔外，也可以设置在作为放大器的激光棒的后面。附图说明图1为本专利技术实施例一的结构示意图；图2为本专利技术的补偿透镜的结构示意图；图3为本专利技术实施例二的结构示意图。具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例一如图1和图2所示，一种激光棒热透镜效应补偿装置，包括激光棒1，在激光棒1的两端分别设置有全反射镜2和激光输出镜3构成激光器的光学谐振腔，一个凹透镜4和一个凸透镜5设置在激光棒1后的光学谐振腔内，凹透镜4的中心与激光棒1的端面为一固定的距离d1，凸透镜5设置有位置移动机构，凹透镜4是具有焦距f1的薄球面凹透镜，凸透镜5是具有焦距f2的薄球面凸透镜，凹透镜4的焦距值f1小于凸透镜5的焦距值f2，凸透镜5移动的最大距离为凸透镜5的焦距f2减去凹透镜4的焦距f1，凹透镜4的光轴、凸透镜5的光轴及激光棒1的光轴三者重合。实施例二如图3所示，一种激光棒热透镜效应补偿装置，包括激光棒1，在激光棒1的两端分别设置有全反射镜2和激光输出镜3构成激光器的光学谐振腔，一个凹透镜4和一个凸透镜5设置在激光棒1后的光学谐振腔外，凹透镜4的中心与激光棒1的端面为一固定的距离d1，凸透镜5设置有位置移动机构，凹透镜4是具有焦距f1的薄球面凹透镜，凸透镜5是具有焦距f2的薄球面凸透镜，凹透镜4的焦距值f1小于凸透镜5的焦距值f2，凸透镜5移动的最大距离为凸透镜5的焦距f2减去凹透镜4的焦距f1，凹透镜4的光轴、凸透镜5的光轴及激光棒1的光轴三者重合，在凸透镜5的后面设置有第二激光棒1′作为放大器，在第二激光棒1′的后面设置一个第二凹透镜4′和一个第二凸透镜5′，第二凹透镜4′的中心与第二激光棒1′的端面为一固定的距离d1′，第二凸透镜5′设置有位置移动机构，第二凹透镜4′是具有焦距f1′的薄球面凹透镜，第二凸透镜5′是具有焦距f2′的薄球面凸透镜，第二凹透镜4′的焦距值f1′小于第二凸透镜5′的焦距值f2′，第二凸透镜5′移动的最大距离为第二凸透镜5′的焦距f2′减去第二凹透镜4′的焦距f1′，第二凹透镜4′的光轴、第二凸透镜5′的光轴及第二激光棒1′的光轴三者重合。实施例三一种激光棒热透镜效应补偿方法，包括下述步骤，步骤一将一个凹透镜4和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种激光棒热透镜效应补偿装置，其特征在于它包括设置在激光棒后的一个凹透镜和一个凸透镜，所述的凹透镜的中心与所述的激光棒的端面为一固定的距离，所述的凸透镜设置有位置移动机构，所述的凹透镜的光轴、所述的凸透镜的光轴及所述的激光棒的光轴三者重合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：聂秋华，徐铁峰，杨燕，王训四，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]
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