一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置及方法，裝置包括探測光源、準直擴束鏡、激光棒、聚焦透鏡、小孔光闌、功率計和泵浦源，在探測光源的輸出光路上沿光軸依次設置準直擴束鏡、激光棒、聚焦透鏡、小孔光闌和功率計，所述泵浦源為側泵泵浦源。本方法是：探測光源發出的探測光束通過準直擴束鏡后，依次通過激光棒、聚焦透鏡和小孔光闌，功率計測量不開啟激光泵浦源和開啟激光泵浦源兩種狀態下通過小孔光闌后的探測光束功率值，用以計算激光棒熱透鏡焦距，本發明提供的測量熱透鏡焦距的裝置和方法，將長度測量轉換為功率測量，測量過程不需調整光路和移動元件，操作方便且結果準確。
【專利說明】一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種固體激光器中激光棒熱透鏡焦距的測量技術，尤其是一種通過測量探測光束功率的方法測量激光棒熱透鏡焦距的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]固體激光器運轉過程中，激光工作介質只能將部分泵浦能量轉化為激光輸出，相當一部分泵浦能量轉變工作介質內的廢熱。這些廢熱會引起嚴重的負面效應，其中熱致折射率梯度即為其負面效果之一。激光工作介質內的熱致折射率梯度，會使得原本折射率均勻的激光介質變為類透鏡介質，這種效應稱為熱透鏡效應。熱透鏡效應會導致光束波前畸變，光束會聚，嚴重時光束聚焦于激光介質內部，在材料內部產生激光損傷。為了減小熱透鏡效應的影響，人們采用各種方法對熱透鏡效應進行補償。但是，為了有效實現熱透鏡效應的補償，必須要準確測量熱透鏡焦距值。
[0003]目前測量熱透鏡焦距有很多方法，常用的有:直接測量法、臨界腔法等。直接測量法，即通過直接測量準直探測光經過激光棒后的焦點位置，確定熱透鏡焦距，該方法物理意義直觀，也非常簡單易于操作，但是由于探測光束本身的直徑就很小，并且很多時候隨著泵浦功率的變化，熱透鏡焦距的范圍在幾十厘米到幾米，測量過程操作范圍大，精確焦點位置不好找，測量結果誤差很大。而臨界腔法是另一種更常用的測量熱透鏡焦距的方法。其基本原理:平行平面腔的穩定性條件是熱透鏡焦距的函數，激光輸出功率是泵浦輸入功率的函數。通過監測激光輸出功率，獲得臨界穩定點，通過臨界穩定點獲得特定泵浦輸入功率下的熱透鏡焦距[李強，王志敏等.測量Nd:YAG激光器熱透鏡焦距的新方法，光電子.激光2014，(15):3]。該方法精確程度雖然優于直接測量法，但是實際上測試過程中，每改變一次腔長，就需要重新調試諧振腔，以盡量保證實驗條件斜率效率等一致。過程繁瑣。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種通過測量探測光束功率來獲得激光棒熱透鏡焦距的裝置及方法，用于解決現有技術中測量過程操作范圍大、測量過程繁瑣、測量結果誤差大等技術問題。
[0005]本發明提供的一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，它包括探測光源、準直擴束鏡、激光棒、聚焦透鏡、小孔光闌、功率計和泵浦源，在所述探測光源的輸出光路上沿光軸依次設置所述的準直擴束鏡、激光棒、聚焦透鏡、小孔光闌和功率計，所述泵浦源為側泵泵浦源。
[0006]所述的探測光源發出的探測光束為光斑內能量均勻分布發散角小的平行光源。
[0007]所述探測光源發出的探測光束經過所述準直擴束鏡后的直徑小于所述激光棒的直徑D。
[0008]所述小孔光闌的孔徑d小于所述探測光源發出的探測光束通過所述激光棒和聚焦透鏡后到達所述小孔光闌所在平面處的光斑直徑Dp
[0009]一種激光棒熱透鏡焦距的測量方法，包括下述步驟，步驟一:打開探測光源，探測光源發出的探測光束通過準直擴束鏡，經過準直擴束的探測光束通過激光棒后，又通過聚焦透鏡和小孔光闌，功率計測量通過小孔光闌后的探測光束功率值。所述的激光棒的長度中心與所述的聚焦透鏡之間的距離為b，所述的聚焦透鏡與所述的小孔光闌之間的距離為h，所述的聚焦透鏡的焦距為，，小孔光闌的孔徑為d。在未開啟激光棒泵浦源之前，激光棒工作介質均勻，不影響光束波前形狀，此時探測光束通過激光棒、聚焦透鏡后到達小孔光闌所在平面處的光斑直徑為D1，功率計測得的功率為P1 ;步驟二:測出P1后，再開啟激光棒泵浦源，此時由于激光棒對入射探測光具有會聚作用，相當于焦距為f的熱透鏡。所述探測光源發出的探測光束通過所述準直擴束鏡后經過所述激光棒會聚，再經過聚焦透鏡進一步會聚，到達小孔光闌所在平面的光斑直徑為D2，探測光束再經過小孔光闌，功率計測得的功率為P2 ;步驟三:計算出開啟激光棒泵浦源后激光棒熱透鏡的焦距值。
[0010]所述步驟三中的激光棒熱透鏡焦距值根據下列公式計算獲得，
【權利要求】
1.一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，包括探測光源、準直擴束鏡、激光棒、聚焦透鏡、小孔光闌、功率計和泵浦源，所述探測光源的輸出光路上沿光軸依次設置所述準直擴束鏡、激光棒、聚焦透鏡、小孔光闌和功率計。
2.根據權利要求1所述的激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，所述泵浦源為側泵泵浦源。
3.根據權利要求1或2所述的激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，所述探測光源發出的探測光束為光斑內能量均勻分布發散角小的平行光源。
4.根據權利要求3所述的激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，所述探測光源發出的探測光束經過所述準直擴束鏡后的直徑小于所述激光棒的直徑。
5.根據權利要求4所述的激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，所述小孔光闌的孔徑小于所述探測光源發出的探測光束通過所述激光棒和聚焦透鏡后到達所述小孔光闌所在平面處的光斑直徑。
6.如權利要求5所述的一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡的焦距小于所述聚焦透鏡與所述小孔光闌之間的距離。
7.如權利要求5所述的一種激光棒熱透鏡焦距的測量裝置，其特征在于，所述聚焦透鏡的焦距大于所述聚焦透鏡與所述小孔光闌之間的距離。
8.利用權利要求1所述激光棒熱透鏡焦距測量裝置的測量方法，其特征在于包括以下步驟: (1)打開探測光源，探測光源發出的探測光束通過準直擴束鏡平行入射到激光棒上，并透過所述激光棒通過聚焦透鏡和小孔光闌，到達功率計，功率計測量透過小孔光闌后的探測光束功率值； (2)保持探測光束參數不變，開啟泵浦源，激光棒對入射探測光束具有會聚作用，相當于焦距為f的熱透鏡，探測光源發出的探測光束通過準直擴束鏡后經過激光棒會聚，再經過聚焦透鏡進一步會聚，然后透過小孔光闌到達功率計，功率計測量透過小孔光闌后的探測光束功率值； (3)根據泵浦源開啟前功率計測得的探測光束功率值和泵浦源開啟后功率計測得的探測光束功率值計算激光棒的熱透鏡焦距值f。
9.如權利要求8所述的一種激光棒熱透鏡焦距的測量方法，其特征在于，所述步驟(3)中的熱透鏡焦距值是根據下列公式計算獲得的，
Kjl-1t)[K7 其中:f_熱透鏡焦距值，b-激光棒的長度中心與聚焦透鏡之間的距離，fr聚焦透鏡的焦距，h-聚焦透鏡與小孔光闌之間的距離，P1-未開啟泵浦源，功率計測得的探測光束功率值，P2-保持探測光源參數不變，開啟泵浦源，功率計測得的探測光束功率值。
【文檔編號】G01M11/02GK104165754SQ201410388115
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月7日 優先權日:2014年8月7日
【發明者】葉云霞, 賈子揚, 劉強憲, 何海濱, 黃帥 申請人:江蘇大學