一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔的方法技术

本发明专利技术涉及一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔的方法，包括：平面全反镜和透射率20%的凹面镜构成的谐振腔，平面全反镜对1064nm波长光全反射，谐振腔内有多级Nd:YAG晶体棒，其特征是：通过调节Nd:YAG在晶体棒中的参杂浓度或对泵浦源的输出功率控制，使泵浦源输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒后，每一级Nd:YAG晶体棒内部形成光学参数相近的热透镜，泵浦源输出的泵浦光在晶体边缘或晶体外汇聚成腰，且所有热透镜所形成的腰斑位置对称，其中前后热透镜共焦平面，最后一个晶体的热透镜与凹面反射镜共焦平面，实现泵浦区域和激光低阶模区域重叠，在两块掺杂晶体之间放入不掺杂的玻璃棒，用来调节热透镜之间的距离，以保证对泵浦光的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔
本专利技术属于激光
，涉及一种二极管泵浦固体激光器谐振腔装置，特别是一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔。技术背景在固体激光器中，要使泵浦光和振荡光低阶模匹配，即要求泵浦光半径小，但实际中，泵浦光存在一定的发散角，随光束的传播，在激光晶体内光斑半径会很快增大，如果不加以控制，大量的泵浦光能量将会消耗在低阶模以外的区域，不但严重降低激光器效率，还会由于高阶模成分的增多影响激光器的光束质量，为此，我们对晶体内热透镜加以利用，设计适合的热透镜控制光斑。晶体在吸收泵浦光时，不同浓度的晶体吸收的能量不同，我们对晶体掺杂浓度加以控制，让其形成焦距合适的热透镜，让泵浦光和振荡光低阶模匹配，这样做的好处是：泵浦光区域和激光低阶模区域重合，抑制激光晶体内高阶模的生成，提高激光器的效率，同时提高激光器的光束质量。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔，实现泵浦区域和激光低阶模区域重叠匹配，在一定功率下，通过对不同浓度晶体热透镜焦距的定量计算以及实验测定，并经过声光调Q，输出大功率、高质量的激光。本专利技术的目的是这样实现的，一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔，包括：平面全反镜和透射率20％的凹面镜构成的谐振腔，平面全反镜对1064nm波长光全反射，谐振腔内有多级Nd:YAG晶体棒，其特征是：通过调节Nd:YAG在晶体棒中的掺杂浓度或对泵浦源的输出功率控制，使泵浦源输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒后，每一级Nd:YAG晶体棒内部形成光学参数相近的热透镜，泵浦源输出的泵浦光在晶体边缘或晶体外汇聚成腰，且所有热透镜所形成的腰斑位置对称，其中前后热透镜共焦平面，最后一个晶体的热透镜与凹面反射镜共焦平面，实现泵浦区域和激光低阶模区域重叠，在两块掺杂晶体之间放入不掺杂的玻璃棒，用来调节热透镜之间的距离，以保证对泵浦光的控制效果。所述的光学参数是热透镜的焦距。所述的输出功率控制是通过线性调节控制。所述的Nd:YAG晶体棒与透射率20％的凹面镜之间有声光调Q开关。所述的泵浦源输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒是通过垂直端面泵浦。所述的泵浦源输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒是侧端面泵浦。本专利技术的特点是，在泵浦功率一定的条件下，不同浓度的晶体形成热透镜焦距不同，我们选择合适的热透镜焦距与晶体位置，使得每两段晶体中热透镜共焦平面，输出镜为凹面镜，且与最后一段晶体共焦平面，这便实现了泵浦区域和激光低阶模区域重叠，提高了激光器的光束质量与效率。附图说明下面将结合实施例对本专利技术做进一步说明图1是本专利技术实施例1结构示意图；图2是本专利技术实施例2结构示意图；图3是本专利技术实施例3结构示意图。图中：1.泵浦源；2.平面全反镜；3.不同浓度Nd:YAG晶体棒；4.热透镜；5.不掺杂的玻璃棒；6.声光Q开关；7.透射率20％的凹面镜。具体实施方式实施例1上式中，fn为激光介质的热透镜焦距，kc为激光介质热导率，ωp为高斯光束半径，为随温度变化的折射率变化量，η为晶体热转换系数，p0泵浦光功率，σ21为晶体的受激发射截面，ni为晶体的掺杂浓度，li为激光晶体长度。如图1所示，一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔，包括：平面全反镜2和透射率20％的凹面镜7构成的谐振腔，平面全反镜2对1064nm波长光全反射，谐振腔内有多级Nd:YAG晶体棒3通过键合方式结合在一起，在平面全反镜2外侧有泵浦源1，泵浦源1输出光轴重合，由式(1)可知，在知道每级晶体合适的掺杂浓度和激光晶体长度，以及泵浦光输出功率和光斑半径的情况下，我们可以通过数值计算的方法得到晶体合适的热透镜焦距，通过调节Nd:YAG在晶体棒中的掺杂浓度，使泵浦源1输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒后，每一级Nd:YAG晶体棒内部形成光学参数相近，或焦距合适的热透镜4，不同浓度的Nd:YAG晶体，吸收的泵浦光不同，所形成的热透镜焦距也不同，我们可以通过调节晶体的掺杂浓度来调整每级晶体之间的焦距关系，又或者将每级晶体长度进行适当的调整，来满足每级晶体所需焦距的要求，使得泵浦源1输出的泵浦光通过热透镜后在晶体边缘汇聚成腰，且令所有热透镜所形成的腰斑位置对称，其中两两热透镜共焦平面，最后一个晶体的热透镜与凹面反射镜共焦平面，实现泵浦区域和激光低阶模区域重叠。Nd:YAG晶体棒与透射率20％的凹面镜之间有声光调Q开关6。实施例2如图2所示，一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔，包括：平面全反镜2和透射率20％的凹面镜7构成的谐振腔，平面全反镜2对1064nm波长光全反射，谐振腔内有多级Nd:YAG晶体棒3，在平面全反镜2外侧有泵浦源1，泵浦源1输出光轴重合，由式(1)可知，在知道每级晶体合适的掺杂浓度和激光晶体长度，以及泵浦光输出功率和光斑半径的情况下，我们可以通过数值计算的方法得到晶体合适的热透镜焦距，通过调节Nd:YAG在晶体棒中的掺杂浓度，使泵浦源1输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒后，每一级Nd:YAG晶体棒内部形成光学参数相近，或焦距合适的热透镜4，不同浓度的Nd:YAG晶体，吸收的泵浦光不同，所形成的热透镜焦距也不同，我们可以通过调节晶体的掺杂浓度来调整每级晶体之间的焦距关系，又或者将每级晶体间的距离进行适当的调整，满足每级晶体所需焦距的要求，在两块掺杂晶体之间放入不掺杂的玻璃棒5，用来调节热透镜之间的距离，以保证对泵浦光的控制效果，使得泵浦源1输出的泵浦光在晶体边缘或晶体外汇聚成腰，且所有热透镜所形成的腰斑位置对称，其中两两热透镜共焦平面，最后一个晶体的热透镜与凹面反射镜共焦平面，实现泵浦区域和激光低阶模区域重叠。Nd:YAG晶体棒与透射率20％的凹面镜之间有声光调Q开关6。实施例2与实施例1不同之处在于在两块掺杂晶体之间放入不掺杂的玻璃棒5，用来调节热透镜之间的距离。实施例3一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔，包括：平面全反镜2和透射率20％的凹面镜7构成的谐振腔，平面全反镜2对1064nm波长光全反射，谐振腔内有多级Nd:YAG晶体棒3，在每一个Nd:YAG晶体棒3一侧有泵浦源1，由式(1)可知，在知道每级晶体合适的掺杂浓度和激光晶体长度，以及泵浦光输出功率和光斑半径的情况下，我们可以通过数值计算的方法得到晶体合适的热透镜焦距，通过调节Nd:YAG在晶体棒中的掺杂浓度或控制泵浦光功率输出，使泵浦源1输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒后，每一级Nd:YAG晶体棒内部形成光学参数相近，或焦距合适的热透镜4，不同浓度的Nd:YAG晶体，吸收的泵浦光不同，所形成的热透镜焦距也不同，我们可以通过调节晶体的掺杂浓度来调整每级晶体之间的焦距关系，又或者将每级晶体间的距离进行适当的调整，满足每级晶体所需焦距的要求，使得振荡光在晶体边缘或晶体外汇聚成腰，且所有热透镜所形成的腰斑位置对称，其中两两热透镜共焦平面，最后一个晶体的热透镜与凹面反射镜共焦平面。实施例3与实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用热透镜提高光束质量的激光谐振腔，包括：平面全反镜(2)和透射率20％的凹面镜(7)构成的谐振腔，平面全反镜(2)对1064nm波长光全反射，谐振腔内有多级Nd:YAG晶体棒(3)，其特征是：通过调节Nd:YAG在晶体棒中的掺杂浓度或对泵浦源(1)的输出功率控制，使泵浦源(1)输出的泵浦光照射在Nd:YAG晶体棒后，每一级Nd:YAG晶体棒内部形成光学参数相近的热透镜(4)，泵浦源(1)输出的泵浦光对晶体边缘或晶体外汇聚成腰，且所有热透镜所形成的腰斑位置对称，其中前后热透镜共焦平面，最后一个晶体的热透镜与凹面反射镜共焦平面，实现泵浦区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈鹏飞，王石语，过振，蔡德芳，李兵斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：