CN105699055A - 一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置 - Google Patents

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樊仲维
郭广妍
陈艳中
贾丹
林蔚然
赵天卓
王江
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Abstract

本发明提供了一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，包括He-Ne激光器、望远镜、板条激光放大器、透镜、光电探测器，所述He-Ne激光器、望远镜、板条激光放大器、透镜、光电探测器沿光路传播方向依次设置，所述透镜与所述板条激光放大器间隔设置。本发明板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，通过移动光电探测器得到在不同的泵浦电流下透射的He-Ne光在两个方向上的焦点位置，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值；具有光路简单、易调整、计算方便、结果准确等特点。

Description

一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置
【技术领域】
本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置。
【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，导致晶体热变形，即热透镜效应，并且随着泵浦功率的变化热透镜的焦距也在相应变化。
热透镜效应不仅影响激光器的输出能量和光束发散角，当焦点落在激光晶体内部时，将在工作物质内部产生激光损伤。在激光技术领域，测量固体激光器的热透镜焦距具有非常重要的实际意义，尤其对于大功率、高亮度的全固态激光器而言，只有准确的掌握热透镜的焦距，才可以更加合理地设计激光器。
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，因此研究热透镜效应具有重要意义。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，就与激光晶体吸收系数、泵浦功率、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，可见理论计算的方法不能准确反映热焦距的这一特性，因此通常采用试验方法测量激光介质热透镜焦距。
其中较为常用的方法是直接测量法，如2003年8月27日公告授权的02266147.6号中国实用新型专利说明书的实施例中介绍一种热透镜焦距的测量方法，采用一个氦氖激光器输出氦氖激光通过固体激光工作介质，通过设置在固体激光介质后的焦距测量装置可以测出不同泵浦功率下固体激光介质的热透镜焦距值。但是激光晶体热透镜焦距在几十厘米到几十米之间，在长热焦距时，用这种装置进行直接测量不易确定焦点位置。
在对称泵浦的情况下，圆柱形激光晶体成为类球透镜，一般而言的热透镜效应多指此结构。板条放大器的激光晶体形状一般为长方形，放大光束在板条内部一般以Zig-Zag方式进行传输，导致输出面上两个方向的热焦距不同。
该板条结构的Zig-Zag方式大大降低了放大器的热透镜效应，热透镜焦距一般为几十米，在长热焦距时，利用02266147.6号中国发明专利进行直接测量时光路太长不易进行测量，且两个方向焦距不同，不易确定焦点位置。
【发明内容】
基于此，本发明的目的在于提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置。
为了实现本发明的目的，提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，包括He-Ne激光器、望远镜、板条激光放大器、透镜、光电探测器，所述He-Ne激光器、所述望远镜、所述板条激光放大器、所述透镜以及所述光电探测器沿光路传播方向依次设置，所述透镜与所述板条激光放大器间隔设置。
优选地，所述望远镜为扩束望远镜。
优选地，所述透镜为平凸圆透镜或平凸柱面镜。
优选地，所述板条激光放大器的热透镜焦距测量装置还包括平移台，所述光电探测器设置在所述平移台上。
优选地，所述平移台为一维平移台。
优选地，所述板条激光放大器的透射光斑为方形光斑。
区别于现有技术，上述板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，包括He-Ne激光器和光电探测器，在He-Ne激光器后的光路上设置有扩束望远镜，待测板条激光放大器与光电探测器之间设置有具有固定焦距的平凸透镜，平凸透镜与激光放大器的后表面相距一固定距离，He-Ne激光器发射的激光通过扩束望远镜以平行光通过平凸透镜聚焦到光电探测器上，通过移动光电探测器得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne光在两个方向上的焦点位置，利用公式可以方便准确地测量较长热透镜焦距值；且具有光路简单易调整、计算方便、结果准确等特点。
【附图说明】
图1为本发明一个实施例中板条激光放大器热透镜焦距测量装置的系统结构图。
附图标记说明：
1、He-Ne激光器；
2、望远镜；
3、板条激光放大器；
4、透镜；
5、光电探测器；
6、平移台。
【具体实施方式】
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用来限定本发明。
一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，包括He-Ne激光器、望远镜、板条激光放大器、透镜、光电探测器。
其中，所述He-Ne激光器、望远镜、板条激光放大器、透镜、光电探测器沿光路传播方向依次设置，所述透镜与所述板条激光放大器间隔设置。
实施例1
请参阅图1所示，本发明实施例1提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置。
该热透镜焦距测量装置包括He-Ne激光器1、望远镜2、板条激光放大器3、透镜4和光电探测器5。其中，该板条激光放大器3为待测板条激光放大器。
He-Ne激光器1后的光路上设置望远镜2，待测板条激光放大器3与光电探测器5之间设置具有固定焦距的透镜4，透镜4中心与待测板条激光放大器3的后表面相距一固定距离。
He-Ne激光器1发射的He-Ne激光通过望远镜2以平行光通过待测板条激光放大器3及透镜4聚焦到光电探测器5上，通过移动光电探测器5可以得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne光在两个方向上的焦点位置。
利用公式f＝b+(d/2n)+f1-(f1 2/(f1-lF′))，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值。
其中，f为待测板条激光放大器热透镜焦距值，f1为透镜焦距值，lF′为泵浦达到热平衡时透镜的像方主点与待测板条激光放大器和透镜组成的透镜系统焦点之间的距离，d为激光晶体的长度，n为激光晶体的折射率，b为透镜与激光晶体后表面的固定距离。
在优选实施例中，板条激光放大器3的透射光斑为方形光斑，不具有圆对称性，通过移动光电探测器5找到光斑在两个方向上的最小位置。
实施例2
请参阅图1所示，相比于实施例1而言，本发明实施例2提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，该实施例中的望远镜2为扩束望远镜2。
具体地，该热透镜焦距测量装置包括He-Ne激光器1、扩束望远镜2、板条激光放大器3、透镜4和光电探测器5。其中，该板条激光放大器3为待测板条激光放大器3。
He-Ne激光器1后的光路上设置扩束望远镜2，待测板条激光放大器3与光电探测器5之间设置具有固定焦距的透镜4，透镜4中心与待测板条激光放大器3的后表面相距一固定距离。
He-Ne激光器1发射的激光通过扩束望远镜2以平行光通过待测板条激光放大器3、透镜4聚焦到光电探测器5上，通过移动光电探测器5可以得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne光在两个方向上的焦点位置。
利用公式f＝b+(d/2n)+f1-(f1 2/(f1-lF′))，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值。
其中，f为待测板条激光放大器热透镜焦距值，f1为透镜焦距值，lF′为泵浦达到热平衡时透镜的像方主点与待测板条激光放大器和透镜组成的透镜系统焦点之间的距离，d为激光晶体的长度，n为激光晶体的折射率，b为透镜与激光晶体后表面的固定距离。
实施例3
请参阅图1所示，相比于实施例1而言，本发明实施例3提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，该透镜4为平凸透镜4。
具体地，该热透镜焦距测量装置包括He-Ne激光器1、望远镜2、板条激光放大器3、平凸透镜4和光电探测器5。其中，该板条激光放大器3为待测板条激光放大器3。
He-Ne激光器1后的光路上设置望远镜2，待测板条激光放大器3与光电探测器5之间设置具有固定焦距的平凸透镜4，平凸透镜4中心与待测板条激光放大器3的后表面相距一固定距离。
He-Ne激光器1发射的激光通过望远镜2以平行光通过待测板条激光放大器3、平凸透镜4聚焦到光电探测器5上，通过移动光电探测器5可以得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne光在两个方向上的焦点位置。
利用公式f＝b+(d/2n)+f1-(f1 2/(f1-lF′))，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值。
其中，f为待测板条激光放大器热透镜焦距值，f1为平凸透镜焦距值，lF′为泵浦达到热平衡时透镜的像方主点与待测板条激光放大器和平凸透镜组成的透镜系统焦点之间的距离，d为激光晶体的长度，n为激光晶体的折射率，b为平凸透镜与激光晶体后表面的固定距离。
该平凸透镜4的中心与待测板条激光放大器3晶体的后表面之间的固定距离可以根据实验条件任意确定。
实施例4
请参阅图1所示，相比于实施例1而言，本发明实施例4提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，该透镜4为平凸柱面镜4。
该热透镜焦距测量装置包括He-Ne激光器1、望远镜2、板条激光放大器3、平凸柱面镜4和光电探测器5。其中，该板条激光放大器3为待测板条激光放大器3。
He-Ne激光器1后的光路上设置望远镜2，待测板条激光放大器3与光电探测器5之间设置具有固定焦距的平凸柱面镜4，平凸柱面镜4中心与待测板条激光放大器3的后表面相距一固定距离。
He-Ne激光器1发射的He-Ne激光通过望远镜2以平行光通过待测板条激光放大器3及平凸柱面镜4聚焦到光电探测器5上，通过移动光电探测器5可以得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne光在柱面镜聚焦方向上的焦点位置，通过放置聚焦方向不同的柱面镜，实现待测板条激光放大器模块两个方向热焦距的分别测试。
利用公式f＝b+(d/2n)+f1-(f1 2/(f1-lF′))，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值。
其中，f为待测板条激光放大器热透镜焦距值，f1为透镜焦距值，lF′为泵浦达到热平衡时透镜的像方主点与待测板条激光放大器和透镜组成的透镜系统焦点之间的距离，d为激光晶体的长度，n为激光晶体的折射率，b为透镜与激光晶体后表面的固定距离。
实施例5
请参阅图1所示，相比于实施例1而言，本发明实施例5提供一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，还包括平移台6。
具体地，该热透镜焦距测量装置包括He-Ne激光器1、望远镜2、板条激光放大器3、透镜4、光电探测器5和平移台6。该光电探测器5设置在平移台6上，通过移动平移台6寻找He-Ne激光器1的激光经透镜4后的聚焦光斑。
其中，该板条激光放大器3为待测板条激光放大器3。
He-Ne激光器1后的光路上设置望远镜2，待测板条激光放大器3与光电探测器5之间设置具有固定焦距的透镜4，透镜4中心与待测板条激光放大器3的后表面相距一固定距离。
He-Ne激光器1发射的He-Ne激光通过望远镜2以平行光通过待测板条激光放大器3、透镜4聚焦到光电探测器5上，通过移动光电探测器5可以得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne激光在两个方向上的焦点位置。
利用公式f＝b+(d/2n)+f1-(f12/(f1-lF′))，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值。
其中，f为待测板条激光放大器热透镜焦距值，f1为透镜焦距值，lF′为泵浦达到热平衡时透镜的像方主点与待测板条激光放大器3和透镜4组成的透镜系统焦点之间的距离，d为激光晶体的长度，n为激光晶体的折射率，b为透镜4与激光晶体后表面的固定距离。
可优选地，该平移台6为一维平移台，实现在一维平面上的移动。
本发明实施例的一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，包括He-Ne激光器和光电探测器，该He-Ne激光器后的光路上设置有扩束望远镜，待测板条激光放大器与光电探测器之间设置有具有固定焦距的平凸透镜，平凸透镜与激光放大器的后表面相距一固定距离，He-Ne激光器发射的激光通过扩束望远镜以平行光通过平凸透镜聚焦到光电探测器上，通过移动光电探测器得到在不同的泵浦电流下，透射的He-Ne光在两个方向上的焦点位置，利用公式，可以方便准确地测量较长热透镜焦距值；本发明实施例针对板条激光放大器热焦距较长的特点进行针对性设计，并具有光路简单易调整、计算方便、结果准确等特点。
需要说明的是，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”或“包含……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的要素。此外，在本文中，“大于”、“小于”、“超过”等理解为不包括本数；“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上上述仅为本发明型的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (6)

1.一种板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，其特征在于，包括He-Ne激光器、望远镜、板条激光放大器、透镜、光电探测器，所述He-Ne激光器、所述望远镜、所述板条激光放大器、所述透镜以及所述光电探测器沿光路传播方向依次设置，所述透镜与所述板条激光放大器间隔设置。
2.根据权利要求1所述的板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，其特征在于，所述望远镜为扩束望远镜。
3.根据权利要求1所述的板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，其特征在于，所述透镜为平凸圆透镜或平凸柱面镜。
4.根据权利要求1所述的板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，其特征在于，所述板条激光放大器的热透镜焦距测量装置还包括平移台，所述光电探测器设置在所述平移台上。
5.根据权利要求4所述的板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，其特征在于，所述平移台为一维平移台。
6.根据权利要求1所述的板条激光放大器的热透镜焦距测量装置，其特征在于，所述板条激光放大器的透射光斑为方形光斑。
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