CN102889981A

CN102889981A - 侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置和测量方法

Info

Publication number: CN102889981A
Application number: CN2012103916735A
Authority: CN
Inventors: 张若凡; 李学春; 王江峰; 姜有恩; 彭宇杰
Original assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Current assignee: Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics of CAS
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2013-01-23

Abstract

一种侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置和测量方法，该装置由探测光源、光衰减器、准直器、哈特曼传感器和计算机构成，上述元部件位置关系如下：所述的探测光源发出的光，经过光衰减器与准直器后，照射在待测激光晶体上，由所述的哈特曼传感器记录数据送所述的计算机进行数据处理。本发明利用哈特曼传感器记录探测光的波前变化，通过高斯光ABCD传输矩阵原理，计算得出激光晶体热透镜焦距。本发明可选用800nm到1100nm的探测光源，适用范围广，并具有光路简单易调整、计算方便、结果准确等特点。

Description

侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置和测量方法

技术领域

本发明涉及激光晶体热焦距测量，特别是一种侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置和测量方法，该方法可选用800nm到1100nm的探测光源，适用范围广，并具有光路简单易调整、计算方便、结果准确等特点。

背景技术

激光晶体在吸收泵浦光能量的同时，部分泵浦光能量会转变为晶体的热能，导致激光晶体温度升高，并与冷却系统共同作用，在晶体中形成温度梯度，从而引起晶体的折射率以及热应力的变化，导致晶体热形变，即热透镜效应。晶体热效应会使光束波面和偏振态发生畸变，光束质量下降，因此研究热效应具有重要意义。

实践证明，热透镜效应作为谐振腔设计中一个不确定因素，对激光腔内模式分布影响很大，激光晶体热透镜效应的存在可能导致冷腔状态下处于稳区的谐振腔移至非稳区。激光晶体的热焦距是诸多因子共同作用的结果，仅晶体吸收的总热量一项，就与激光棒吸收系数、抽运功率、聚光效率、冷却液的热交换系数等因素有着直接联系，而这些量又无法确切地测量，可见采用理论计算的方法不能准确反映热焦距这一特性，因此通常采用实验方法测量激光介质热透镜焦距。

探测光束法是常用的侧面泵浦结构热焦距测量方法，但是其接受装置直接影响测量精度，而其余常见的如相干测量法、非稳腔法、横模拍频法都是针对端面泵浦结构设计的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置和测量方法，本发明可选用800nm到1100nm的探测光源，适用范围广，并具有光路简单易调整、计算方便、结果准确等特点。

本发明的技术解决方案如下：

一种侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置，特点在于：该装置由探测光源、光衰减器、准直器、哈特曼传感器和计算机构成，上述元部件位置关系如下：

所述的探测光源发出的光，经过光衰减器与准直器后，照射在待测激光晶体上，由所述的哈特曼传感器记录数据送所述的计算机进行数据处理。

利用上述侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置测量激光晶体热焦距的方法，包括下列步骤：

（1）数据记录

将待测激光晶体置于所述的光晶体热焦距的测量装置的准直器与哈特曼传感器之间，并使得探测光源输出光经过准直器准直后，垂直于待测激光晶体端面入射；使用所述的光衰减器调节探测光源输出光到合适的强度，以保护哈特曼传感器；测量哈特曼传感器的探测平面与待测激光晶体中断面距离为L；用哈特曼传感器记录探测光经激光晶体后的未泵浦时波前曲率半径R作为参考光信息，并显示在计算机上；开启激光晶体泵浦光源从激光晶体侧面泵浦待测激光晶体，此时再次用哈特曼传感器记录探测光经过所述的待测激光晶体后的加泵浦后的波前曲率半径R₁，并显示在计算机上；

（2）所述的计算机利用下列公式计算待测激光晶体的热透镜焦距f_T的值：

f_{T} = \frac{(\frac{1}{R_{1}} - L) (\frac{1}{R} - L)}{\frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R}} .

数据处理的原理如下：

（a）由激光传输理论，在泵浦光源开启前，探测光可以视作在自由空间里传播，在哈特曼传感器（4）的探测平面处，高斯光的q参数写为：

则探测光源（1）在晶体中心位置处的q参数为q'＝q-L，其中R和ω分别为高斯光束经过待测激光晶体后在哈特曼传感器（4）的探测平面处的曲率半径和光斑半径。

（b）在泵浦光源（4）开启后，由于热效应，激光晶体可被视为一个薄的热透镜，热焦距为f_T，晶体传输矩阵为：

M_{T} = [\begin{matrix} A & B \\ C & D \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & 0 \\ - \frac{1}{f_{T}} & 1 \end{matrix}],

在哈特曼传感器（4）的探测平面处高斯光q参数写为：

此时晶体中心位置处q参数为q₁＝q₁-L，其中R₁和ω₁分别为高斯光束经过泵浦光泵浦的待测激光晶体后在哈特曼传感器（4）的探测平面处的曲率半径和光斑半径；

（c）q'经过激光晶体焦距为f_T的等效薄透镜后变换为q′₁，满足关系式：

化简等式并比较两端的实部，可以求出热透镜焦距f_T的值：

f_{T} = \frac{(\frac{1}{R_{1}} - L) (\frac{1}{R} - L)}{\frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R}} .

本发明的优点在于：

1、本发明利用哈特曼传感器记录探测光的波前变化，通过高斯光ABCD传输矩阵原理，计算得出激光晶体热透镜焦距。可选用800nm-1100nm的探测光源，适用范围广；

2、本发明光路结构简单，易于调整；

3、本发明用哈特曼传感器作为探测器，测量精度和灵敏度高；

4、本发明计算方便，结果准确;

附图说明

图1是本发明侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置的结构示意图;

图中：1-探测光源、2-光衰减器、3-准直器、4-哈特曼传感器、5-计算机。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

先请参阅图1，图1为本发明侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置的结构示意图。由图可知，本本发明侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置，由探测光源1、光衰减器2、准直器3、哈特曼传感器4和计算机5构成，上述元部件位置关系如下：

探测光源1发出的光，经过光衰减器2与准直器3后，照射在待测激光晶体上，由所述的哈特曼传感器4记录数据送所述的计算机5进行数据处理。

为实现激光晶体热焦距的测量，按以下几个步骤进行：

（1）数据记录

将激光晶体至于准直器3与哈特曼传感器4之间，并使得探测光源1经过准直器3准直后，垂直于激光晶体端面入射；使用光衰减器2调谐探测光源1输出光到合适的强度，以保护哈特曼传感器4；测量哈特曼传感器4距离激光晶体中断面距离为L；用哈特曼传感器4记录探测光经激光晶体后的未泵浦时波前曲率半径R作为参考光信息，并显示在计算机5上；开启激光晶体泵浦光源，此时再次用哈特曼传感器4记录探测光经过激光晶体后的加泵浦后的波前曲率半径R₁，并显示在计算机5上；

f_{T} = \frac{(\frac{1}{R_{1}} - L) (\frac{1}{R} - L)}{\frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R}} .

Claims

1.一种侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置，特征在于：该装置由探测光源（1）、光衰减器（2）、准直器（3）、哈特曼传感器（4）和计算机（5）构成，上述元部件位置关系如下：探测光源（1）发出的光，经过光衰减器（2）与准直器（3）后，照射在待测激光晶体上，由所述的哈特曼传感器（4）记录数据送所述的计算机（5）进行数据处理。

2.利用权利要求1所述的侧面泵浦激光晶体热焦距的测量装置测量激光晶体热焦距的方法，特征在于该方法包括下列步骤：

（1）数据记录

将激光晶体置于所述的光晶体热焦距的测量装置的准直器（3）与哈特曼传感器（4）之间，并使得探测光源（1）输出光经过准直器（3）准直后，垂直于待测激光晶体端面入射；使用所述的光衰减器（2）调节探测光源（1）输出光到合适的强度，以保护哈特曼传感器（4）；测量哈特曼传感器（4）的探测平面与待测激光晶体中断面距离为L；用哈特曼传感器（4）记录探测光经激光晶体后的未泵浦时波前曲率半径R作为参考光信息，并显示在计算机（5）上；开启激光晶体泵浦光源从激光晶体侧面泵浦待测激光晶体，此时再次用哈特曼传感器（4）记录探测光经过所述的待测激光晶体后的加泵浦后的波前曲率半径R₁，并显示在计算机（5）上；

（2）所述的计算机（5）利用下列公式计算待测激光晶体的热透镜焦距f_T的值：

f_{T} = \frac{(\frac{1}{R_{1}} - L) (\frac{1}{R} - L)}{\frac{1}{R_{1}} - \frac{1}{R}} .