專利名稱：一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì) 稱的方法。
背景技術(shù)：
固體激光器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。一般來(lái)說(shuō)，熱負(fù)載的圓柱形棒狀激光介質(zhì)會(huì)出現(xiàn)熱聚焦、應(yīng)力導(dǎo)致的雙軸聚焦和 雙折射等熱效應(yīng)，對(duì)激光輸出的光束質(zhì)量造成嚴(yán)重影響并限制輸出的激光功率。對(duì)于板條型結(jié)構(gòu)的固體激光器，可以通過(guò)設(shè)計(jì)合理的“之”字形(zig-zag)光路， 減輕甚至消除一階熱透鏡、應(yīng)力雙折射和退偏效應(yīng)，從而獲得更好的光束質(zhì)量和更高的輸 出功率。板條型固體激光器的泵浦方法一般有端面泵浦、側(cè)面泵浦、邊緣泵浦和角泵浦等 幾種形式。激光介質(zhì)的形狀一般為矩形或平行四邊形截面的六面體。除了在端面泵浦中通 過(guò)在正方形截面激光介質(zhì)四周加持熱沉達(dá)到對(duì)稱散熱外，其它幾種泵浦方式通常采用激光 介質(zhì)中的其中兩個(gè)大面與熱沉接觸的非對(duì)稱散熱方式。在這種情況下，散熱方向(即激光 介質(zhì)的厚度方向)的溫度梯度要比絕熱方向(即激光介質(zhì)的寬度方向)大很多，進(jìn)而導(dǎo)致 厚度方向的熱焦距比寬度方向的小。這種熱焦距在兩個(gè)方向的非對(duì)稱性造成了諧振腔兩方 向的本征模式不同，最終導(dǎo)致了激光輸出光束的不對(duì)稱，影響了板條型固體激光器在一些 方面的實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱 的方法，以簡(jiǎn)單的諧振腔結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)一種板條型固體激光器輸出光束的對(duì)稱化。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案采用平面鏡作為全反鏡和輸出 鏡，以諧振腔長(zhǎng)臂作為輸出端，調(diào)節(jié)所述諧振腔長(zhǎng)臂長(zhǎng)度改變激光介質(zhì)上的光束半徑，獲得 最佳的模式匹配；調(diào)節(jié)所述諧振腔短臂長(zhǎng)度改變第二穩(wěn)區(qū)位置(即激光介質(zhì)基模高斯光束 束寬隨激光介質(zhì)光焦度的變化在光焦度取相對(duì)大的數(shù)值時(shí)所形成的凹形區(qū)域)，使所述激 光介質(zhì)寬度方向(熱焦距大)動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于第一穩(wěn)區(qū)(即激光介質(zhì)基模高斯光束束寬隨 激光介質(zhì)光焦度的變化在光焦度取相對(duì)小的數(shù)值時(shí)所形成的凹形區(qū)域)，所述激光介質(zhì)厚 度方向(熱焦距小)動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于第二穩(wěn)區(qū)，并且使兩方向輸出鏡上光斑大小相同。由 于平面鏡同時(shí)為腔內(nèi)振蕩光束和輸出光束束腰位置，只要保證所述輸出鏡上兩方向光斑大 小相同，則可以保證激光輸出光束束腰位置、束腰大小和發(fā)散角等參數(shù)相同，即實(shí)現(xiàn)了激光 輸出光束的對(duì)稱化。本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置，所述裝置為諧 振腔結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述諧振腔內(nèi)設(shè)置有同軸放置的全反鏡，輸出鏡和激光介質(zhì)；所述 全反鏡位于所述激光介質(zhì)前方，兩者間的距離為所述諧振腔的短臂長(zhǎng)度；所述輸出鏡位于所述激光介質(zhì)的后方，兩者間的距離為所述諧振腔的長(zhǎng)臂長(zhǎng)度。其中，所述全反鏡和輸出鏡為平面鏡。其中，所述激光介質(zhì)的形狀為板條型。其中，所述激光介質(zhì)為激光晶體、激光玻璃介質(zhì)、激光塑料介質(zhì)和激光陶瓷介質(zhì)中 的一種。其中，所述諧振腔內(nèi)還設(shè)置有同軸放置的球面或柱面透鏡、反射鏡、Q開關(guān)，或激光 非線性晶體。另外，本發(fā)明還涉及一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的方法，其特征 在于，包括如下步驟Si、調(diào)節(jié)所述諧振腔長(zhǎng)臂長(zhǎng)度，改變激光介質(zhì)上的基膜高斯光束束寬ω3，使之與 所述激光器泵浦模式匹配，提高模式匹配效率；S2、調(diào)節(jié)所述諧振腔短臂長(zhǎng)度，改變激光介質(zhì)基模高斯光束束寬ω3隨激光介質(zhì)光 焦度D的變化在光焦度D取相對(duì)大的數(shù)值時(shí)所形成的第二穩(wěn)區(qū)位置，使所述激光介質(zhì)寬度 方向的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于激光介質(zhì)基模高斯光束束寬ω3隨激光介質(zhì)光焦度D的變化在光焦 度D取相對(duì)小的數(shù)值時(shí)所形成的第一穩(wěn)區(qū)，所述激光介質(zhì)厚度方向的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于所述 第二穩(wěn)區(qū)，并且使激光介質(zhì)寬度方向和厚度方向輸出鏡上所形成的光斑大小相同。其中，所述激光器的泵浦方式為側(cè)面泵浦、邊緣泵浦、角泵浦、非對(duì)稱散熱或者非 對(duì)稱泵浦的端面泵浦。其中，所述第二穩(wěn)區(qū)位置的改變方法為增加所述諧振腔的短臂長(zhǎng)度來(lái)縮小所述第 一穩(wěn)區(qū)和第二穩(wěn)區(qū)的間隔，或者減小所述諧振腔的短臂長(zhǎng)度來(lái)增大所述第一穩(wěn)區(qū)和第二穩(wěn) 區(qū)的間隔。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具備的突出優(yōu)點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以有效解 決板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的方法工作原理示意圖。其中，1 全反鏡；2 輸出鏡；3 激光介質(zhì)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施 例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。在本實(shí)施例中，采用腔內(nèi)只含有激光介質(zhì)的諧振腔來(lái)闡述本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想。如 圖1所示，本發(fā)明改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置的結(jié)構(gòu)包括全反鏡1，輸出 鏡2和板條型激光介質(zhì)3，取熱沉夾持激光介質(zhì)散熱的方向?yàn)閥方向，與其垂直的的為X方 向。在一定諧振腔臂長(zhǎng)下，輸出鏡基模高斯光束束寬ω2和激光介質(zhì)基模高斯光束束寬ω3 隨激光介質(zhì)(即熱透鏡)光焦度D的變化曲線如圖2所示，其中ω3曲線的兩個(gè)凹形區(qū)域 就是激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個(gè)穩(wěn)區(qū)。圖中以虛線標(biāo)出了某泵浦功率下激光輸出時(shí)激光介質(zhì)χ和y 方向的熱光焦度，其與實(shí)線和虛線的交點(diǎn)就為該方向的《3和ω2。由圖2可以看出，兩方向激光輸出ω2不相等是由于兩方向動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)在穩(wěn)區(qū)中的位置不同而造成的。調(diào)節(jié)長(zhǎng)臂長(zhǎng)度d2來(lái)改變熱透鏡即激光介質(zhì)上的基模高斯光束束寬ω 3，使之與激 光器泵浦模式匹配，從而得到較高的模式匹配效率。另一方面，可以通過(guò)增加短臂長(zhǎng)度Cl1來(lái) 縮小穩(wěn)區(qū)間隔或者通過(guò)減小短臂長(zhǎng)度Cl1來(lái)增加穩(wěn)區(qū)間隔，從而在圖2的橫軸方向移動(dòng)第二 穩(wěn)區(qū)，由于激光介質(zhì)y方向的熱光焦度Dy保持不變，這樣就使虛線與藍(lán)線的交點(diǎn)位置隨第 二穩(wěn)區(qū)的移動(dòng)而移動(dòng)，也就是說(shuō)輸出鏡上的y方向光斑半徑ω”會(huì)隨Cl1發(fā)生變化；同時(shí)當(dāng) 諧振腔長(zhǎng)臂長(zhǎng)度d2確定時(shí)，穩(wěn)區(qū)寬度隨之而定，因此第一穩(wěn)區(qū)的位置和寬度不變，同時(shí)激光 介質(zhì)χ方向的熱光焦度Dx保持不變，也就是說(shuō)輸出鏡上的χ方向光斑半徑保持不變。 從圖2的例子中可以看到，有ω” < ω2χ，這時(shí)減小諧振腔短臂長(zhǎng)度Cl1，使第二穩(wěn)區(qū)向右移 動(dòng)以增加《2y。由于ω2連續(xù)變化，因此我們總能找到一個(gè)適當(dāng)?shù)腃l1使ω2χ，這樣一 來(lái)激光輸出兩方向的束腰寬度相同，而且在同一位置，也就保證了激光輸出的對(duì)稱性。上述實(shí)施例只是給出了最簡(jiǎn)單的只含激光介質(zhì)諧振腔的例子，并沒(méi)有描述所有的 可能。實(shí)際上，還可以在諧振腔內(nèi)放置球面或柱面透鏡透鏡和反射鏡，或者Q開關(guān)和各種激 光非線性晶體等諧振腔元件，只要通過(guò)改變諧振腔臂長(zhǎng)調(diào)整穩(wěn)區(qū)，最終使板條型固體激光 器的激光輸出兩方向?qū)ΨQ，即為本發(fā)明所涵蓋的范圍。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和替換 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置，所述裝置為諧振腔結(jié)構(gòu)，其特 征在于，所述諧振腔內(nèi)設(shè)置有同軸放置的全反鏡(1)，輸出鏡⑵和激光介質(zhì)⑶；所述全反 鏡(1)位于所述激光介質(zhì)(3)前方，兩者間的距離為所述諧振腔的短臂長(zhǎng)度；所述輸出鏡 ⑵位于所述激光介質(zhì)⑶的后方，兩者間的距離為所述諧振腔的長(zhǎng)臂長(zhǎng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置，其特征在于， 所述全反鏡(1)和輸出鏡(2)為平面鏡。
3.如權(quán)利要求1所述的改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置，其特征在于， 所述激光介質(zhì)(3)的形狀為板條型。
4.如權(quán)利要求1所述的改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置，其特征在于， 所述激光介質(zhì)(3)為激光晶體、激光玻璃介質(zhì)、激光塑料介質(zhì)和激光陶瓷介質(zhì)中的一種。
5.如權(quán)利要求1所述的改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置，其特征在于， 所述諧振腔內(nèi)還設(shè)置有同軸放置的球面或柱面透鏡、反射鏡、Q開關(guān)，或激光非線性晶體。
6. 一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的方法，其特征在于，包括如下步驟51、調(diào)節(jié)所述諧振腔長(zhǎng)臂長(zhǎng)度，改變激光介質(zhì)上的基膜高斯光束束寬ω3，使之與所述 激光器泵浦模式匹配，提高模式匹配效率；52、調(diào)節(jié)所述諧振腔短臂長(zhǎng)度，改變激光介質(zhì)基模高斯光束束寬ω3隨激光介質(zhì)光焦度 D的變化在光焦度D取相對(duì)大的數(shù)值時(shí)所形成的第二穩(wěn)區(qū)位置，使所述激光介質(zhì)寬度方向 的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于激光介質(zhì)基模高斯光束束寬ω3隨激光介質(zhì)光焦度D的變化在光焦度D 取相對(duì)小的數(shù)值時(shí)所形成的第一穩(wěn)區(qū)，所述激光介質(zhì)厚度方向的動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于所述第二 穩(wěn)區(qū)，并且使激光介質(zhì)寬度方向和厚度方向輸出鏡上所形成的光斑大小相同。
7.如權(quán)利要求6所述的改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的方法，其特征在于， 所述激光器的泵浦方式為側(cè)面泵浦、邊緣泵浦、角泵浦、非對(duì)稱散熱或者非對(duì)稱泵浦的端面 泵浦。
8.如權(quán)利要求6所述的改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的方法，其特征在于， 所述第二穩(wěn)區(qū)位置的改變方法為增加所述諧振腔的短臂長(zhǎng)度來(lái)縮小所述第一穩(wěn)區(qū)和第二 穩(wěn)區(qū)的間隔，或者減小所述諧振腔的短臂長(zhǎng)度來(lái)增大所述第一穩(wěn)區(qū)和第二穩(wěn)區(qū)的間隔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種改善板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的裝置及方法，采用設(shè)置有全反鏡、輸出鏡和激光介質(zhì)的諧振腔結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出光束的對(duì)稱，通過(guò)調(diào)節(jié)諧振腔長(zhǎng)臂長(zhǎng)度改變激光介質(zhì)上的光束半徑，獲得最佳的諧振腔模式與泵浦模式之間的匹配；調(diào)節(jié)諧振腔短臂長(zhǎng)度改變第二穩(wěn)區(qū)位置，使激光介質(zhì)寬度方向動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于第一穩(wěn)區(qū)，激光介質(zhì)厚度方向動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)處于第二穩(wěn)區(qū)，并且使兩方向輸出鏡上光斑大小相同，從而保證激光輸出光束束腰位置、束腰大小和發(fā)散角等參數(shù)相同，即實(shí)現(xiàn)了激光輸出光束的對(duì)稱化。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，可以有效解決板條型固體激光器輸出光束不對(duì)稱的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01S3/105GK102118004SQ20091024444
公開日2011年7月6日 申請(qǐng)日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉歡, 鞏馬理, 張海濤, 柳強(qiáng), 閆平, 高松, 黃磊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)