較大，如圖1中內窗口(9)發生了變形，增益模塊類似于一個厚透鏡。當激光通過此增益模塊時，激光波前將發生畸變。
[0024]如圖2所示，為本發明的能消除直接液冷激光器增益模塊窗口因形變造成的波前畸變的裝置。包括固體激光器增益模塊(I)，折射率匹配液(2)，外窗口(3)，膠水(4)，第一機械固定件(5)。增益模塊(I)與圖1中傳統的激光增益模塊(I)相同，包括第二機械固定件(6)、激光增益介質(7)、冷卻液(8)、內窗口(9)。如前文所述，傳統的增益模塊，內窗口會發生形變，造成波前畸變。本發明在內窗口外加了一個外窗口，兩窗口之間裝入折射率匹配液，匹配液折射率為nl，冷卻液折射率為n2，內窗口折射率為n3，空氣折射率為n4，匹配液的折射率需滿足一定的條件，理論上當折射率滿足nl=n2=n3時，窗口形變所造成的波前畸變能夠完全消除，當滿足|nl-n2| <n2-n4時，波前畸變能部分消除。增益介質完全浸入在冷卻液體中，冷卻液通過外循環將增益介質表面的熱量帶走，第二機械固定件主要用于固定增益介質和內窗口，以及確保增益介質與增益介質之間的間距以及增益介質與內窗口之間的間距。由于機械裝夾應力以及冷卻液快速流動，增益模塊內壓力比較大，從而造成了內窗口變形，增益模塊類似于一個厚透鏡。但是由于增加了外窗口和匹配液，內窗口外面不再是空氣，當滿足上述的折射率匹配條件時，激光通過整個裝置時，將不再有波前畸變或者波前畸變將部分消除。
[0025]—種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的方法包括如下步驟:
O選擇折射率匹配液，匹配液折射率為nl，冷卻液折射率為n2，內窗口折射率為n3，空氣折射率為n4，匹配液的折射率需滿足一定的條件，理論上當折射率滿足nl=n2=n3時，窗口形變所造成的波前畸變能夠完全消除，當滿足I nl-n2 I < n2-n4時，波前畸變能部分消除；
2)選取外窗口，外窗口橫向通光口徑要大于內窗口，以確保通過內窗口的激光都能通過外窗口。并且外窗口與機械件之間的連接采用膠水，從而避免了外窗口與機械件裝夾時造成外窗口形變。
[0026]下面結合具體實施例介紹本發明的一種消除激光器增益模塊因窗口形變所造成的波前畸變的裝置及其方法。
實施例
[0027]如圖3所示，為一個雙流道單增益介質的激光器增益模塊，中間為單片激光增益介質(7)，兩邊為冷卻液(8)，流道厚度為0.5mm,晶體厚度為2_，流道外面是內窗口(9)，冷卻液采用了去離子水。激光增益模塊未進行栗浦，即下文數據都是在冷流場情況下測得的。如圖5所示為液體靜止未流動時，增益模塊波前畸變分布圖，此時由于冷卻液未流動，引起波前畸變的主要原因是裝夾應力造成的窗口變形。此時測得波前峰谷值(pv)為7.50 μm，均方根值(RMS)為1.35 μπι。圖7所示為液體流動時，增益模塊波前畸變分布圖，流速為6m/so此圖中，我們已經將冷卻液靜止時增益模塊的波前畸變作為本底減去。即測量得到的波前畸變完全由于液體流動本身以及液體壓力造成窗口形變引起。而液體在未受熱時，其本身的流動對波前造成的畸變量主要是高頻分量，而且非常小，RMS小于0.1 μπι，可以忽略不計。所以圖7的波前畸變可認為是由于冷卻液快速流動造成內窗口承受很大的壓力從而產生形變，其PV值為7.66 μ m，RMS為1.76 μ m。
[0028]在【具體實施方式】中，采用了如圖4所示的裝置。增益模塊(I)與圖3相同，在增益模塊外面加了一個外窗口，在外窗口和內窗口之間為0.5mm厚的匹配液(3)，匹配液(3)和冷卻液(8)都采用了去離子水。如圖6所示，為本發明裝置，液體靜止未流動時，模塊波前畸變，測量狀態與圖5測量時完全一樣，測得的波前PV為1.97 μm，RMS為0.43 μπι。如圖8所示，為本發明裝置，測量狀態與圖7測量時完全一樣，所測得的波前分布圖，波前PV為
0.24 μ m，RMS 為 0.03 μ m。
[0029]由圖5和圖6可以看出，采用本發明的裝置，增益模塊因裝夾應力造成的內窗口變形從而引起的波前畸變很大程度上得到了控制。波前PV值從7.50 μπι降低到了 1.97 μπι，波前RMS值從1.35 μ m降低到了 0.43 μ m。同理由圖7和圖8可以看出，因冷卻液壓力造成的內窗口形變而引起的波前畸變也大幅度得到消除，在流速為6m/s時，波前PV值從7.66 μπι降低到了 0.24 μm，波前RMS值從1.76 μπι降低到了 0.03 μπι。從上述實驗結果來看，本發明裝置在消除激光器增益模塊因窗口變形造成的波前畸變是十分有效的。但兩種情況下，波前畸變都并未完全消除，主要原因是水的折射率為1.33，而內窗口的折射率為1.45，兩種折射率不完全相同而造成的。
【主權項】
1.一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置，其特征是:包括有激光增益模塊、折射率匹配液、外窗口、第一機械固定件；所述激光增益模塊包括有激光增益介質、第二機械固定件和內窗口 ；所述激光增益介質和內窗口固定在第二機械固定件上；所述內窗口和激光增益介質之間以及激光增益介質和激光增益介質之間的空間填充有冷卻液；所述第一機械固定件設置在激光增益模塊的外側；所述外窗口設置在第一機械固定件上；所述外窗口與激光增益模塊之間填充有折射率匹配液。2.根據權利要求1所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置，其特征是:所述外窗口通過膠水黏結在第一機械固定件上。3.根據權利要求1所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置，其特征是:所述外窗口的橫向通光尺寸大于內窗口的橫向通光尺寸。4.根據權利要求1所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置，其特征是:所述激光增益介質為Nd = YAG晶體或Nd = YLF晶體。5.根據權利要求1所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置，其特征是:所述冷卻液為水或重水或四氯化碳液體；所述激光增益介質浸在冷卻液中，冷卻液流過激光增益介質表面。6.一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的方法，其特征是:包括以下步驟: 步驟一、選取外窗口，外窗口的橫向通光口徑要大于內窗口的橫向通光口徑，以確保通過內窗口的激光都能通過外窗口； 步驟二、用膠水將外窗口黏結在第一機械固定件上； 步驟三、將冷卻液注入激光增益介質和內窗口以及激光增益介質和激光增益介質之間的空間，并使冷卻液保持循環流動； 步驟四、將折射率匹配液注入外窗口和內窗口之間的空間。7.根據權利要求6所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的方法，其特征是:所述折射率匹配液的折射率為nl，冷卻液的折射率為n2，內窗口的折射率為n3，空氣的折射率為n4，|nl_n2| < n2_n4。8.根據權利要求6所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的方法，其特征是:所述nl=n2=n3。9.根據權利要求6所述的一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的方法，其特征是:所述冷卻液為水或重水或四氯化碳液體。
【專利摘要】本發明提供了一種消除激光器增益模塊因窗口形變造成的波前畸變的裝置及方法的技術方案，該方案包括有激光增益模塊、折射率匹配液、外窗口、第一機械固定件；激光增益模塊包括有激光增益介質、第二機械固定件和內窗口；激光增益介質和內窗口固定在第二機械固定件上；內窗口和激光增益介質之間以及激光增益介質和激光增益介質之間的空間填充有冷卻液；第一機械固定件設置在激光增益模塊的外側；外窗口設置在第一機械固定件上；外窗口與激光增益模塊之間填充有折射率匹配液。該方案能夠有效消除內窗口形變所導致的波前畸變。
【IPC分類】H01S3/02, H01S3/042
【公開號】CN105071198
【申請號】CN201510543603
【發明人】葉志斌, 于益, 尚建力, 高清松, 唐淳
【申請人】中國工程物理研究院應用電子學研究所
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年8月31日