一種用于中紅外激光器提升功率的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于紅外激光器提升功率的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]2?5um的波段不僅是衰減最小的大氣紅外窗口，而且在這一波段內(nèi)還覆蓋了眾多原子及分子的吸收峰，所以該波段的激光在光譜學(xué)、遙感、軍事、醫(yī)療環(huán)保、通信方面有著特殊的重要作用。2?5um中紅外波段處于大多數(shù)醫(yī)用探測器的工作波段，在激光制導(dǎo)、遙感測控、人眼安全的激光雷達、光電對抗等軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。在民用領(lǐng)域可用于遙感化學(xué)傳感、空氣污染控制，它還可以用于新一代激光手術(shù)，使血液迅速凝結(jié)，手術(shù)創(chuàng)面小、止血性好。因此研發(fā)輸出峰值功率、優(yōu)良光質(zhì)質(zhì)量的中紅外波段的激光器對于國家安全和國民經(jīng)濟建設(shè)具有十分重要的意義。
[0003]在高功率激光器中，激光二極管的抽運光譜和固體增益介質(zhì)的吸收光譜可實現(xiàn)匹配，但隨著介質(zhì)內(nèi)抽運光功率密度的顯著加強，激光器運轉(zhuǎn)中熱效應(yīng)問題也凸顯出來。激光器中熱的傳導(dǎo)在激光介質(zhì)中會形成熱梯度，產(chǎn)生熱應(yīng)力，引起熱致雙折射、相位畸變、熱聚焦、熱透鏡等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響激光的輸出功率和光束質(zhì)量。目前，多通過在激光諧振腔內(nèi)放置1/4波片或法拉第旋轉(zhuǎn)器以用以補償熱退偏損耗，但由于1/4波片對熱退偏的補償隨著激光功率增大，其提升效果逐漸減弱，而法拉第旋轉(zhuǎn)器對熱退偏的補償，受制于法拉第旋轉(zhuǎn)器的材料特性，在中紅外波長段的透過率較低，在較低功率下補償效果并不明顯。因此，激光介質(zhì)的熱效應(yīng)成為了限制中紅外激光器輸出能量和光束質(zhì)量提高的一個重要因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明還有一個目的是通過一種用于中紅外激光器提升功率的方法，通過針對不同運行功率進行不同方式的補償，大大地減少了中紅外激光器的熱退偏損失，大幅提高了其光光效率，優(yōu)化了光束質(zhì)量。
[0006]為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種用于中紅外激光器提升功率的方法，激光器一般主要由泵浦源、耦合器、增益介質(zhì)和諧振腔組成，本發(fā)明所述的激光器還設(shè)置有傳動補償裝置和功率檢測裝置，所述傳動補償裝置包括傳動裝置、通過第一調(diào)節(jié)架固定在所述傳動裝置一端的1/4波片、及通過第二調(diào)節(jié)架固定在所述傳動裝置另一端的法拉第旋轉(zhuǎn)器，所述功率檢測裝置內(nèi)設(shè)有一狀態(tài)寄存器；
[0007]由于1/4波片對熱退偏的補償，屬于非完全補償，在激光輸出功率不太大的情況下補償效果良好，激光功率提升明顯，但在隨著激光功率增大，其提升效果逐漸減弱。而法拉第旋轉(zhuǎn)器對熱退偏的補償，屬于完全補償，不過受制于目前中紅外波段法拉第旋轉(zhuǎn)器的材料特性，其透過率較低，故其在較低功率下補償效果并不明顯，但在激光功率漸漸提升的過程中，其補償效果逐漸提升。在激光功率由小變大的過程中有一個功率點，1/4波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器對熱退偏的補償效果一致，通過反復(fù)實驗得到此臨界功率點，寫入到傳動裝置的控制程序中。
[0008]所述激光器開啟前，所述1/4波片位于激光光路中，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器位于激光光路外；
[0009]當(dāng)所述激光器開啟時，所述狀態(tài)寄存器處于第一狀態(tài)；
[0010]當(dāng)所述激光器運行時，所述功率檢測裝置對激光輸出功率進行實時監(jiān)測，若所述激光輸出功率大于臨界功率點，且此時所述狀態(tài)寄存器處于第一狀態(tài)，所述功率檢測裝置給所述傳動裝置傳遞第一動作信號，所述傳動裝置將所述1/4波片移出光路，同時將所述法拉第旋轉(zhuǎn)器移入光路，此時所述狀態(tài)寄存器置于第二狀態(tài)；若所述激光輸出功率大于臨界功率點，且此時所述狀態(tài)寄存器處于第二狀態(tài)，則傳動裝置不運動，以保證整個系統(tǒng)平穩(wěn)性；
[0011]若激光輸出功率小于臨界功率點，且此時所述狀態(tài)寄存器處于第二狀態(tài)，所述功率檢測裝置給所述傳動裝置傳遞第二動作信號，所述傳動裝置將所述法拉第旋轉(zhuǎn)器移出光路，同時將所述1/4波片移入光路，此時所述狀態(tài)寄存器回到第一狀態(tài)；若激光輸出功率小于臨界功率點，且此時所述狀態(tài)寄存器處于第一狀態(tài)，則傳動裝置不運動，以保證整個系統(tǒng)平穩(wěn)性。
[0012]優(yōu)選的是，其中，所述第一動作信號和第二所述動作信號分別是高電平信號和低電平信號、低電平信號和高電平信號、或上升沿信號和下降沿信號中的一種。
[0013]優(yōu)選的是，其中，所述功率檢測裝置對激光輸出功率的監(jiān)測，是對泵浦源的輸入電流進行監(jiān)測、對泵浦源控制信號進行監(jiān)測或?qū)敵黾す夥质β蔬M行監(jiān)測中的一種或多種。
[0014]優(yōu)選的是，其中，所述臨界功率點通過實驗測得，方法如下:
[0015]將所述1/4波片和所述法拉第旋轉(zhuǎn)器均移出光路，繪出激光輸出功率曲線圖；
[0016]將所述1/4波片移入光路，繪出此時的激光輸出功率曲線圖，從而得到所述1/4波片對激光功率提升曲線圖；
[0017]將所述1/4波片移出光路并將所述法拉第旋轉(zhuǎn)器移入光路，繪出此時的激光輸出功率曲線圖，從而得到所述法拉第旋轉(zhuǎn)器對激光功率提升曲線圖；
[0018]通過比較所述1/4波片對激光功率提升曲線圖和所述法拉第旋轉(zhuǎn)器對激光功率提升曲線圖，得到所述1/4波片和所述法拉第旋轉(zhuǎn)器對激光功率提升效果相等的功率點，即得到臨界功率點，將此激光功率下的所述泵浦源輸入電流值、所述泵浦源電流控制信號或所述輸出激光分束功率值中的一個或多個寫入到所述功率檢測裝置的控制程序中。
[0019]本發(fā)明至少包括以下有益效果:
[0020]本發(fā)明通過測定1/4波片和法拉第旋轉(zhuǎn)器對激光功率提升效果相等的臨界功率點，并將其寫入到傳動裝置的控制程序中，針對不同運行功率進行不同方式的補償，大大地減少了中紅外激光器的熱退偏損失，有效提高了激光器的輸出能量，大幅提高了其光光效率。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計巧妙，穩(wěn)定性好，適用范圍廣，可以很好滿足應(yīng)用需求。
[0021]本發(fā)明的其它優(yōu)點，目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研宄和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的一個實施例中紅外激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的一個實施例中傳動補償裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的一個實施例中在測定臨界功率點時，得到的分別在未補償、1/4波片補償和法拉第旋轉(zhuǎn)器補償條件下的曲線圖；
[0025]圖4為本發(fā)明的一個實施例中在不同抽運能量下未補償和采用本發(fā)明進行熱退偏補償條件下的輸出激光脈沖能量。
[0026]圖中:1、全反鏡，2、傳動補償裝置，3、功率檢測裝置，4、第一光纖耦合透鏡，5、泵浦源，6、增益介質(zhì)，7、第二光纖耦合透鏡，8、起偏器，9、電光調(diào)Q晶體，10、第三光纖耦合透鏡，11、輸出鏡，21、1/4波片，22、第一調(diào)整架，23、法拉第旋轉(zhuǎn)器，24、第二調(diào)整架，25、傳動裝置。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0028]應(yīng)當(dāng)理解，本文使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語并不配出一個或多個其它元件或其組合的存在或添加。
[0029]圖1和圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實現(xiàn)形式，所述中紅外激光器包括全反鏡1、第一光纖親合透鏡4、泵浦源5、增益介質(zhì)6、第二光纖親合透鏡7、起偏器8、電光調(diào)Q晶體9、第三光纖耦合透鏡10及輸出鏡11，其中全反鏡I和輸出鏡11之間還設(shè)置有傳動補償裝置2和功率檢測裝置3，所述傳動補償裝置2包括傳動裝置25、通過第一調(diào)節(jié)架22固定在所述傳動裝置25 —端的1/4波片21、及通過第二調(diào)節(jié)架24固定在所述傳動裝置25另一端的法拉第旋轉(zhuǎn)器23，所述功率檢測裝置3內(nèi)設(shè)有一狀態(tài)寄存器；
[0030]所述激光器開啟前，所述1/4波片21位于激光光路中，所述法拉第旋轉(zhuǎn)器23位于激光光路外；
[0031]當(dāng)所述激光器開啟時