CN105680300B - 一种He-Ne精校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种He‑Ne的精校准方法，属于固体激光技术领域。本发明在借助小孔光阑标定泵浦光路，对He‑Ne激光器进行初步校准的基础上，利用平‑平腔对参考光的位置偏差不敏感而对参考光的传播角度敏感的特性，将He‑Ne激光的对准偏差分离为角度偏差和位置偏差，利用平‑平腔和平‑凹腔对He‑Ne角度和位置分别校准，从而实现He‑Ne的精校准，获得与泵浦光路严格共路的参考He‑Ne光束。本发明的有益效果是：采用腔最优化的方法，分别对He‑Ne的位置和角度进行调整，达到精校准的状态。可以为谐振腔的调节提供高精度的参考光路，极大缩短谐振腔调节时间，提高调节效率。

Description

一种He-Ne精校准方法

技术领域

本发明涉及固体激光器领域，特别涉及一种He-Ne精校准方法。

技术背景

半导体泵浦全固态激光器（DPSS）自从与20世纪80年代末出现以来，因其具有转换效率高、增益介质内热负荷密度低，功率提升空间大、系统寿命长、可靠性好等方面的应用优势，迅速成为激光器发展的主流方向。目前，它已经逐渐渗透到工业、科研、军事等领域的方方面面，例如：激光通讯和光存储、材料加工（焊接、切割、退火、钻孔等等）与光刻、仪表与传感、激光光谱学、激光诱导核聚变及军用激光制导、激光对抗等。半导体泵浦全固态激光器在这些领域的成功应用，极大的推动了相应产业的发展和技术革新。

作为DPSS的核心组件，激光谐振腔的调节是搭建半导体泵浦固态激光器的核心部分。无论是输入镜、增益介质、输出镜均需要严格与光轴垂直，且泵浦光路也需要与激光光路最大限度的匹配才能实现最佳的激光性能。由于作为泵浦源的半导体激光阵列出射的光斑通常具有较大的尺寸，在泵浦增益介质时需要有效聚焦，因此泵浦光通常具有较大的发散角，在很短距离内即发散至较大光斑，不能用来校准谐振腔的腔镜。通常采用的做法是设置一束He-Ne激光作为参考光路来搭建谐振腔。一束校准良好的参考He-Ne光能够准确的指示实际激光的光路，从而极大的简化谐振腔的调节，尤其是腔长较长的谐振腔的调节过程。目前尚没有较好的方法可以高精度的校准参考用的He-Ne光，因此调节过程中在使用He-Ne光调节光路后依然需要在很大范围内调节腔镜的位置和倾角才能实现激光的出射，有时甚至因为He-Ne光路设置的与实际的激光光路差别过大，导致根据He-Ne光调节出来的腔根本无法实现激光出射。

通常He-Ne光的校准偏差主要分为两个部分：位置偏差和出射激光角度的偏差。利用不同的谐振腔腔型对于同种类型的调节偏差的反应灵敏度不同，可以有效的将位置偏差和出射激光角度偏差进行解耦并分别校准。本发明正是针对以上高精度参考He-Ne光路的校准的难点，提出的一种可以有效将位置偏差和出射激光角度偏差解耦并分别校准的方法，可以实现高精度参考He-Ne光路的设置，极大的缩短谐振腔的调节时间，提高调节的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种精校准He-Ne激光器的方法，利用平-平腔和平-凹腔对于不同类型的参考光的偏差分别有着不同的灵敏度的特性，分别对He-Ne的位置和角度进行调整，达到精校准的状态。可以为谐振腔的调节提供高精度的参考光路，极大缩短谐振腔调节时间，提高调节效率。

本发明是以如下技术方案实现的：

一种He-Ne的精校准方法，半导体泵浦源出射的泵浦光经泵浦聚焦系统聚焦后，进入增益介质，校准He-Ne光使得与泵浦光精确共路；包括以下步骤：

步骤1：在泵浦聚焦系统后设置两个小孔光阑，每一个小孔光阑的中心标定对应位置处泵浦光的中心点，通过调节与He-Ne激光器相连的三维调整架和角度调节装置，调整He-Ne激光器的位置与角度使其出射光束同时经过两个小孔光阑，实现与泵浦光的反向共路，初步校准He-Ne激光器；

步骤2：以步骤1所确定的He-Ne激光器的光路为参考光路，搭建平-平腔，平-平腔包括平面输入镜和平面输出镜，调节平面输入镜和平面输出镜的角度且保持其位置不动，使出射激光功率达到最大；以此时的平面输出镜为基准，通过调节与He-Ne激光器相连的角度调节装置，对He-Ne激光器的角度进行精校准；

步骤3：以上述两步确定的光路为参考光路，用平凹输出镜替换平面输出镜，其他条件不变的情况下搭建平-凹腔；保持平凹输出镜的角度不变，通过调节与平凹输出镜相连的三维调整架，进而调节凹面镜的位置使其出射功率最大化；以此时的平凹输出镜为基准，通过调节与He-Ne激光器相连的三维调整架，对He-Ne激光器的位置进行精校准。

进一步的，步骤1中在泵浦聚焦系统后设置的两个小孔光阑之间的距离要尽可能的大。

进一步的，步骤1中调整He-Ne激光器的位置与角度需根据远离泵浦源一端的小孔光阑调节其位置，根据靠近泵浦源一端的小孔光阑调节其角度，并反复多次，直到其出射光束同时经过两个小孔光阑。

进一步的，步骤2中，依次调节平面输入镜和平面输出镜的角度并反复多次且保持其位置不动将腔调节到功率最大的状态。

进一步的，步骤2中以平面输出镜为基准，只调节He-Ne激光器的出射角度，直到平面输出镜反射的He-Ne光返回He-Ne激光器的出射孔，从而精校准He-Ne激光器的角度。

进一步的，步骤3中以平凹输出镜为基准，保持He-Ne激光器的角度不变，只调节其位置直到平凹输出镜所反射的He-Ne光圈中心位于He-Ne激光器的出射孔，从而精校准He-Ne激光器的位置。

进一步的，半导体激光器泵浦源采用中心波长为785nm的半导体激光器。

进一步的，平面输入镜对760-810 nm范围的光高透，对1890-2170 nm范围的光高反。

进一步的，增益介质为Tm：YAG晶体，尺寸为1 mm×10 mm×20 mm且两通光面对760-810 nm、1750-2050 nm范围的光高透。

进一步的，步骤2、和步骤3中，在He-Ne的正前方且靠近He-Ne位置设置一个小孔光阑。

进一步的，上述内容中所述的位置包括上下、左右；角度包括俯仰偏角和左右偏角。

本发明的有益效果在于：本发明利用-平腔和平-凹腔对于不同类型的参考光的偏差分别有着不同的灵敏度的特性，将He-Ne激光器的偏差有效分解为角度偏差和位置偏差，并利用平-平腔和平-凹腔分别校准两种偏差。通过优化平-平腔功率到最佳状态并以平面输出镜为基准来校准He-Ne的角度，使其达到角度精校准状态。通过优化平-凹腔的功率到最佳状态并以平凹输出镜为基准来校准He-Ne的位置，使其达到位置精校准状态。采用本发明中的方式，可以为谐振腔的调节提供高精度的参考光路，极大缩短谐振腔（尤其是腔长较长的谐振腔）的调节时间，显著提高调节效率。

附图说明

图1是本发明的流程示意图（图中虚线代表泵浦源的光路）。

图2是本发明实施步骤（1）的示意图。

图3是本发明实施步骤（2）的示意图。

图4是本发明实施步骤（3）的示意图。

1、半导体泵浦源，2、泵浦聚焦系统，3、Tm：YAG晶体，4、平面输入镜，5、平面输出镜，6、平凹输出镜，7、He-Ne激光器，8、小孔光阑，9、小孔光阑。

具体实施方式

如图1所示，本发明采用腔最优化的方法，分别对He-Ne的位置和角度进行调整，达到精校准的状态。具体操作步骤如下：

如图2所示，在泵浦聚焦系统后设置两个小孔光阑8、9且两小孔光阑8、9之间的距离要尽可能的大，每一个小孔光阑的中心标定对应位置处泵浦光的中心点，通过调节与He-Ne激光器7相连的三维调整架和角度调节装置，根据小孔光阑9调整He-Ne激光器7的位置，根据小孔光阑8调整He-Ne激光器7的角度，并反复多次，使其出射光束同时经过两个小孔光阑8和9的中心，实现与泵浦光的反向共路，初步校准He-Ne激光器7；

如图3所示，以步骤1所确定的He-Ne激光器7的光路为参考光路，在靠近He-Ne激光器7的一端设置小孔光阑，令He-Ne激光束从小孔光阑中心穿过。在泵浦光的焦点位置处放上Tm：YAG晶体3，使其反射He-Ne激光器7光束回小孔中心。搭建平-平腔，使平面输入镜4和平面输出镜5反射的He-Ne激光器7光束回小孔中心，调节平面输入镜4和平面输出镜5的角度且保持其位置不动，使出射激光功率达到最大。以此时的平面输出镜5为基准，通过调节与He-Ne激光器相连的角度调节装置，调整He-Ne激光器7的角度，令经由平面输出镜5所反射的He-Ne光点原路返回小孔中心，使He-Ne激光器7的角度达到精校准状态。

如图4所示，以上述步骤确定的He-Ne光路为参考光路，保持平面输入镜4的位置和角度均不变，用平凹输出镜6替换平面输出镜5，搭建平-凹腔，调节平凹输出镜6的角度，使平凹输出镜6的平面反射点返回小孔中心。而后保持平凹输出镜6的角度不变，通过调节与平凹输出镜6相连的三维平移台，调节平凹输出镜6的位置，使平-凹腔的出射功率最大化。以此时的平凹输出镜6为基准，通过调节与He-Ne激光器相连的三维调整架，调整He-Ne激光器7的位置，使得经由平凹输出镜6的凹面所反射回的He-Ne光圈的中心位于小孔光阑中心，亦即He-Ne激光器7的出射孔，使He-Ne激光器7的位置达到精校准状态。

凡运用本发明说明书及附图内容作出的等效结构变换，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种He-Ne精校准方法，半导体泵浦源(1)出射的泵浦光经泵浦聚焦系统(2)聚焦后，进入增益介质(3)，校准He-Ne光使得与泵浦光精确共路；其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在泵浦聚焦系统(2)后设置第一小孔光阑(8)、第二小孔光阑(9)，每一个小孔光阑标定对应位置处泵浦光的中心点，调整He-Ne激光器(7)的位置与角度使其出射光束同时经过第一小孔光阑(8)、第二小孔光阑(9)，实现与泵浦光的反向共路，初步校准He-Ne激光器(7)；

步骤2：以步骤1所确定的He-Ne激光器(7)的光路为参考光路，搭建平-平腔，平-平腔由平面输入镜(4)和平面输出镜(5)组成，调节平面输入镜(4)和平面输出镜(5)的角度使出射激光功率达到最大；以此时的平面输出镜(5)为基准，对He-Ne激光器(7)的角度进行精校准；

步骤3：以上述两步确定的光路为参考光路，用平凹输出镜(6)替换平面输出镜(5)，搭建平-凹腔；保持平凹输出镜(6)的角度不变，调节平凹输出镜(6)的位置使其出射功率最大化；以此时的平凹输出镜(6)为基准，对He-Ne激光器(7)的位置进行精校准。

2.根据权利要求1所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述的步骤1中调整He-Ne激光器(7)的位置与角度需根据第二小孔光阑(9)调节其位置，根据第一小孔光阑(8)调节其角度，并反复多次直到其出射光束同时经过第一小孔光阑(8)、第二小孔光阑(9)。

3.根据权利要求1所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述步骤2中，依次调节平面输入镜(4)和平面输出镜(5)的角度并反复多次，将腔调节到功率最大的状态。

4.根据权利要求1所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述半导体泵浦源(1)采用中心波长为785nm的半导体激光器。

5.根据权利要求1所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述平面输入镜(4)对760-810nm范围的光高透，对1890-2170nm范围的光高反。

6.根据权利要求1所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述的增益介质(3)为Tm：YAG晶体，尺寸为1mm×10mm×20mm且两通光面对760-810nm、1750-2050nm范围的光高透。

7.根据权利要求1所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述步骤2、和步骤3中，在He-Ne的正前方且靠近He-Ne位置设置一个小孔光阑。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种He-Ne精校准方法，其特征在于：所述位置包括上下、左右；角度包括俯仰偏角和左右偏角。