CN110011167B - 一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置及方法，包括沿光线传播方向依次放置的激光源、S波片和泵浦放大模块，靶标中部设有同心设置的通光孔和十字刻槽，十字刻槽的横槽和/或竖槽内设有丝状物；感光元件沿光线传播方向放置在泵浦放大模块的后方；将靶标同心安装在棒状介质的前端，激光束穿过靶标、棒状介质在感光元件上形成被丝状物分割的光斑；调整泵浦放大模块，在感光元件上观测到被丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定棒状介质的前端；将靶标同心安装在棒状介质的后端，重复上述方法，固定棒状介质的后端。本发明能够快速进行激光束与泵浦放大模块的棒状介质之间的光轴对准，装置结构简单，便于装备。

Description

一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置及方法
技术领域
本发明属于激光技术领域，涉及一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置及方法，具体涉及在激光器的中空或非中空激光光束中加入泵浦放大模块，实现中空或非中空激光光束与泵浦放大模块的棒状介质进行光轴对准的装置及方法。
背景技术
激光在工业领域应用日益广泛，深刻的影响着人类的生活。激光无论是材料加工还是军事应用中，都对得到高功率高质量光束有着迫切需求。
在得到全固态高功率激光能量过程中，需要对激光进行行波放大。若激光光束与泵浦放大模块的棒状介质(激光增益介质)机械中心不重合则会造成激光放大效率降低；尤其是对中空的柱矢量光束，其还会造成光束偏振特性的变化，严重影响了激光光束质量。
利用泵浦放大模块对激光器的激光束进行放大时，都会遇到激光束的光斑中心与棒状介质机械中心轴的重合度难以保证的问题，两者不重合或者重合度较低都会对产生高光束质量激光有较大的影响。
现有利用泵浦放大模块对激光器的激光束进行放大时，多通过肉眼观测光斑中心与棒状介质端面中心的重合情况，通过调整光束倾斜或者泵浦放大模块位置对光斑中心与棒状介质端面中心进行匹配。上述观测方式会带来较大的误差，最终影响激光束质量，尤其对沿轴中心对称的柱矢量光束，影响更为严重。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置及方法。
本发明公开了一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置，包括沿光线传播方向依次放置的激光源、S波片和泵浦放大模块，所述泵浦放大模块包括棒状介质；还包括靶标和感光元件；
所述靶标中部设有同心设置的通光孔和十字刻槽，所述十字刻槽的横槽和/或竖槽内设有丝状物；
所述感光元件沿光线传播方向放置在所述泵浦放大模块的后方；
将所述靶标同心安装在所述棒状介质的前端，激光束穿过所述靶标、棒状介质在所述感光元件上形成被所述丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的前端；
将所述靶标同心安装在所述棒状介质的后端，激光束穿过所述棒状介质、靶标在所述感光元件上形成被所述丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的后端。
作为本发明的进一步改进，当所述十字刻槽的横槽或竖槽内设有丝状物时，调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个一致的光斑后，将所述靶标旋转一定角度；
调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个一致的光斑，固定所述棒状介质的前端。
作为本发明的进一步改进，所述丝状物的初始状态呈水平或竖直设置，所述靶标的旋转角度为90°。
作为本发明的进一步改进，当所述丝状物的初始状态呈水平设置时，第一次调整所述泵浦放大模块为上下调整，第二次调整所述泵浦放大模块为左右调整。
作为本发明的进一步改进，当所述丝状物的初始状态呈竖直设置时，第一次调整所述泵浦放大模块为左右调整，第二次调整所述泵浦放大模块为上下调整。
作为本发明的进一步改进，所述激光源为1064nm皮秒激光源。
作为本发明的进一步改进，所述感光元件为CCD感光元件，所述CCD感光元件上配置有衰减片。
作为本发明的进一步改进，所述丝状物为0.02mm铜丝。
作为本发明的进一步改进，所述泵浦放大模块为Nd：YAG放大模块。
本发明还公开了一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准方法，包括：
步骤1、激光源的水平激光束垂直进入S波片，得到径向偏振光；
步骤2、将靶标同心安装在棒状介质的前端，径向偏振光穿过所述靶标、棒状介质在感光元件上形成被丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的前端；
步骤3、将所述靶标同心安装在所述棒状介质的后端，径向偏振光穿过所述棒状介质、靶标在所述感光元件上形成被所述丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的后端；
步骤4、完成激光器光束与泵浦放大模块的棒状介质的光轴对准。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明通过靶标同心安装在棒状介质的前端或后端，并在感光元件观测光斑是否被丝状物等分，来实现棒状介质前端、后端与激光束的光轴对准；本发明能够快速进行激光束与泵浦放大模块的棒状介质之间的光轴对准，装置结构简单，便于装备。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置的结构示意图；
图2为图1中靶标的结构示意图。
图中：
10、激光器；20、S波片；30、棒状介质；40、靶标；41、通光孔；42、十字刻槽；43、丝状物；50、CCD感光元件。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
如图1所示，本发明提供一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置，在现有激光光路中增加靶标40和感光元件50，现有激光光路包括沿光线传播方向依次放置的激光源10、S波片20和泵浦放大模块，泵浦放大模块包括棒状介质30；本发明的靶标40可同心安装在棒状介质30的前端或后端，感光元件50沿光线传播方向放置在泵浦放大模块的后方，用于形成激光束的光斑以及靶标40上丝状物43在光斑上的投影。
进一步，感光元件50可采用激光感光板或带有衰减片的CCD感光元件。
进一步，激光源10可采用任意激光源，优选采用1064nm波长的皮秒脉冲激光源。
进一步，S波片20将1064nm波长的线偏振光转化为径向偏振光(中空柱矢量光束)；或通过其他光学元件，将1064nm波长的线偏振光转化为非中空高斯光束。
进一步，泵浦放大模块为Nd：YAG放大模块。
如图2所示，本发明的靶标40包括螺纹接口和带有十字刻槽42的圆形平台，靶标40通过螺纹接口同心安装在棒状介质30的前端或后端，且靶标40可绕安装中心旋转；圆形平台的中心设有通光孔41，通光孔41与十字刻槽42的同心设置，十字刻槽42的横槽和/或竖槽内设有丝状物43，即可采用一根丝状物43安装在十字刻槽42的横槽或竖槽中，也可采用两根丝状物43安装在十字刻槽42的横槽和竖槽中。
进一步，丝状物43可采用为0.02mm铜丝。
基于上述装置，本发明激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准方法，包括：
将靶标40同心安装在棒状介质30的前端，径向偏振光穿过靶标40、棒状介质30在感光元件50上形成被丝状物43分割的光斑；调整泵浦放大模块30，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个或四个一致的光斑后，固定棒状介质的前端；
将靶标40同心安装在棒状介质30的后端，径向偏振光穿过棒状介质30、靶标40在感光元件50上形成被丝状物分割的光斑；调整泵浦放大模块30，在感光元件50上观测到被丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定棒状介质的后端。
具体的：
当采用一根丝状物43时：
将靶标40同心安装在棒状介质30的前端，当丝状物43的初始状态呈水平设置时，上下调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个上下一致的光斑；将靶标旋转90°，左右调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个左右一致的光斑后，完成棒状介质30前端面与激光束的光轴对准，固定棒状介质的前端；
将靶标40同心安装在棒状介质30的后端，当丝状物43的初始状态呈水平设置时，上下调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个上下一致的光斑；将靶标旋转90°，左右调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个左右一致的光斑后，完成棒状介质30后端面与激光束的光轴对准，固定棒状介质的后端。
或者：
将靶标40同心安装在棒状介质30的前端，当丝状物43的初始状态呈竖直设置时，左右调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个左右一致的光斑；将靶标旋转90°，上下调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个上下一致的光斑后，完成棒状介质30前端面与激光束的光轴对准，固定棒状介质的前端；
将靶标40同心安装在棒状介质30的后端，当丝状物43的初始状态呈竖直设置时，左右调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个左右一致的光斑；将靶标旋转90°，上下调整泵浦放大模块，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的两个上下一致的光斑后，完成棒状介质30后端面与激光束的光轴对准，固定棒状介质的后端。
当采用两根丝状物43时：
将靶标40同心安装在棒状介质30的前端，径向偏振光穿过靶标40、棒状介质30在感光元件50上形成被丝状物43分割的四个光斑；调整泵浦放大模块30，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的四个一致的光斑后，即四个扇形区域形状及面积一致；固定棒状介质的前端；
将靶标40同心安装在棒状介质30的后端，径向偏振光穿过棒状介质30、靶标40在感光元件50上形成被丝状物分割的光斑；调整泵浦放大模块30，在感光元件50上观测到被丝状物43分割的四个一致的光斑后，即四个扇形区域形状及面积一致，固定棒状介质的后端；完成激光器光束与泵浦放大模块的棒状介质的光轴对准。
本发明通过使用靶标装置使激光在进行泵浦放大的时候能够通过具有棒状增益介质的机械中心轴的时候减小对准误差，能够快速有效地进行对准，提高光束进行泵浦放大时的效率，装置整体机构简单，应用的便利性高。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准装置，包括沿光线传播方向依次放置的激光源、S波片和泵浦放大模块，所述泵浦放大模块包括棒状介质；其特征在于，还包括靶标和感光元件；
所述靶标中部设有同心设置的通光孔和十字刻槽，所述十字刻槽的横槽和/或竖槽内设有丝状物；
所述感光元件沿光线传播方向放置在所述泵浦放大模块的后方；
将所述靶标同心安装在所述棒状介质的前端，激光束穿过所述靶标、棒状介质在所述感光元件上形成被所述丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的前端；
将所述靶标同心安装在所述棒状介质的后端，激光束穿过所述棒状介质、靶标在所述感光元件上形成被所述丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的后端。
2.如权利要求1所述的光轴对准装置，其特征在于，当所述十字刻槽的横槽或竖槽内设有丝状物时，调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个一致的光斑后，将所述靶标旋转一定角度；
调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个一致的光斑，固定所述棒状介质的前端。
3.如权利要求2所述的光轴对准装置，其特征在于，所述丝状物的初始状态呈水平或竖直设置，所述靶标的旋转角度为90°。
4.如权利要求3所述的光轴对准装置，其特征在于，当所述丝状物的初始状态呈水平设置时，第一次调整所述泵浦放大模块为上下调整，第二次调整所述泵浦放大模块为左右调整。
5.如权利要求3所述的光轴对准装置，其特征在于，当所述丝状物的初始状态呈竖直设置时，第一次调整所述泵浦放大模块为左右调整，第二次调整所述泵浦放大模块为上下调整。
6.如权利要求1所述的光轴对准装置，其特征在于，所述激光源为1064nm皮秒激光源。
7.如权利要求1所述的光轴对准装置，其特征在于，所述感光元件为CCD感光元件，所述CCD感光元件上配置有衰减片。
8.如权利要求1所述的光轴对准装置，其特征在于，所述丝状物为直径0.02mm的铜丝。
9.如权利要求1所述的光轴对准装置，其特征在于，所述泵浦放大模块为Nd：YAG放大模块。
10.一种激光器光束与泵浦放大模块的光轴对准方法，其特征在于，采用如权利要求1-9中任一项所述的光轴对准装置实现，包括：
步骤1、激光源的水平激光束垂直进入S波片，得到径向偏振光；
步骤2、将靶标同心安装在棒状介质的前端，径向偏振光穿过所述靶标、棒状介质在感光元件上形成被丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的前端；
步骤3、将所述靶标同心安装在所述棒状介质的后端，径向偏振光穿过所述棒状介质、靶标在所述感光元件上形成被所述丝状物分割的光斑；调整所述泵浦放大模块，在所述感光元件上观测到被所述丝状物分割的两个或四个一致的光斑后，固定所述棒状介质的后端；
步骤4、完成激光器光束与泵浦放大模块的棒状介质的光轴对准。
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