CN111384659A - 激光器的谐振组件、激光器以及谐振组件的调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光器的谐振组件、激光器以及谐振组件的调试方法。激光器的谐振组件，包括：反射镜；输出镜，与反射镜同轴、间隔设置；第一光学元件，位于反射镜与输出镜之间，第一光学元件的中心轴与输出镜的中心轴之间的夹角大于0°。采用本发明，可以有效的去除远场激光光斑附近的杂散光，提高测距精度及指示效果。同时能够在一定程度上降低对光学元件面型加工精度的要求，如光学元件前后两个面的平行度、同轴度等，能够大幅降低元件的采购成本，适用于大批量的激光器生产。

Description

激光器的谐振组件、激光器以及谐振组件的调试方法

技术领域

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种激光器的谐振组件、激光器以及谐振组件的调试方法。

背景技术

激光器的谐振组件形成的激光振荡存在于输出镜与反射镜之间，谐振组件除了输出镜与反射镜之外的其他光学元件只是充当通光窗口，并不参与激光振荡。由于谐振组件除了输出镜与反射镜之外的其他光学元件表面均存在剩余反射，而且由于实际装调和光学元件前后表面加工平行度不足的原因，不可避免的各个光学元件表面的剩余反射光与输出激光存在微小夹角的情况。当光学元件较多时，各个光学表面反射的振荡激光在远场情况下则可能在远场激光光斑周围随机分布并在局部汇集叠加形成较亮的光斑或者称之为杂散光斑，影响测距精度或者照射效果。

发明内容

本发明实施例提供一种激光器的谐振组件、激光器以及谐振组件的调试方法，用以解决现有技术中激光器出现远场激光光斑附近存在杂散光，导致测距精度下降或者对于激光指示的目标识别能力下降的问题。

一方面，本发明实施例提出一种激光器的谐振组件，包括：

反射镜；

输出镜，与所述反射镜同轴、间隔设置；

第一光学元件，位于所述反射镜与所述输出镜之间，所述第一光学元件的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角大于0°。

根据本发明的一些实施例，所述激光器的谐振组件，还包括：

第二光学元件，位于所述反射镜与所述输出镜之间，所述第二光学元件的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角大于0°；

所述第二光学元件与所述第一光学元件中的一个为调Q晶体、另一个为激光晶体，所述激光晶体位于所述反射镜与所述输出镜之间，所述调Q晶体位于所述反射镜与所述激光晶体之间。

调Q晶体是用于调节Q值的光学元件，Q值是评定激光器中光学谐振腔质量好坏的指标，即品质因数。Q值定义为在激光谐振腔内，储存的总能量与腔内单位时间损耗的能量之比。一般采取改变腔内损耗的办法来调节腔内的Q值。通过调Q的方式可以将一般输出的连续激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可提高多个数量级。设置调Q晶体的目的是获得高峰值功率，窄脉宽的脉冲激光。在本发明的一些实施例中，所述第二光学元件的中心轴与所述第一光学元件的中心轴之间的夹角大于0°。

调Q晶体可以为电光晶体、声光晶体、被动调Q晶体或其他。

在本发明的一些实施例中，所述激光器的谐振组件，还包括：

布鲁斯特角入射的偏振片，位于所述调Q晶体与所述激光晶体之间。

在本发明的一些实施例中，所述激光器的谐振组件，还包括：

偏振分光棱镜，位于所述调Q晶体与所述激光晶体之间，所述偏振分光棱镜的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角大于0°。

在本发明的一些实施例中，所述激光器的谐振组件，还包括：

激光二极管热沉，围绕所述激光晶体设置；

激光二极管，设于所述激光二极管热沉靠近所述激光晶体的一侧；

半导体制冷器，设于所述激光二极管热沉远离所述激光晶体的一侧；

散热片，设于所述半导体制冷器远离所述激光二极管热沉的一侧。

根据本发明的一些实施例，所述第一光学元件的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角小于2.5°。

进一步的，本发明实施例还提出一种激光器，包括：

谐振组件，所述谐振组件为如上所述的激光器的谐振组件。

另一方面，本发明实施例还提出一种激光器的谐振组件调试方法，包括：

调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°。

根据本发明的一些实施例所述调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°，包括：

调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°且小于2.5°。

采用本发明实施例，可以有效的去除远场激光光斑附近的杂散光，提高测距精度及指示效果。同时能够在一定程度上降低对光学元件面型加工精度的要求，如光学元件前后两个面的平行度、同轴度等，能够大幅降低元件的采购成本，适用于大批量的激光器生产。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例中激光器的谐振组件的结构示意图。

附图标号：

反射镜1、调Q晶体2、偏振片3、激光晶体4、输出镜5、激光二极管热沉6、半导体制冷器7、散热片8。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

一方面，本发明实施例提出一种激光器的谐振组件，如图1所示，包括：

反射镜1；

输出镜5，与所述反射镜1同轴、间隔设置；

第一光学元件，位于所述反射镜1与所述输出镜5之间，所述第一光学元件的中心轴与所述输出镜5的中心轴之间的夹角大于0°。

采用本发明实施例，可以有效的去除远场激光光斑附近的杂散光，提高测距精度及指示效果。同时能够在一定程度上降低对光学元件面型加工精度的要求，如光学元件前后两个面的平行度、同轴度等，能够大幅降低元件的采购成本，适用于大批量的激光器生产。

在上述实施例的基础上，进一步提出各变型实施例，在此需要说明的是，为了使描述简要，在各变型实施例中仅描述与上述实施例的不同之处。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，所述激光器的谐振组件，还包括：

第二光学元件，位于所述反射镜1与所述输出镜5之间，所述第二光学元件的中心轴与所述输出镜5的中心轴之间的夹角大于0°；

所述第二光学元件与所述第一光学元件中的一个为调Q晶体2、另一个为激光晶体4，所述激光晶体4位于所述反射镜1与所述输出镜5之间，所述调Q晶体2位于所述反射镜1与所述激光晶体4之间。

在本发明的一些实施例中，所述第二光学元件的中心轴与所述第一光学元件的中心轴之间的夹角大于0°。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述激光器的谐振组件，还包括：

布鲁斯特角入射的偏振片3，位于所述调Q晶体2与所述激光晶体4之间。

在本发明的一些实施例中，所述激光器的谐振组件，还包括：

偏振分光棱镜，位于所述调Q晶体2与所述激光晶体4之间，所述偏振分光棱镜的中心轴与所述输出镜5的中心轴之间的夹角大于0°。

需要说明的是，“布鲁斯特角入射的偏振片”和“偏振分光棱镜”是“或”的关系，两者的外形和安装方式均不同，“布鲁斯特角入射的偏振片”无需像第一光学元件那样微调角度，“偏振分光棱镜”可以在安装过程中微调角度。

如图1所示，在本发明的一些实施例中，所述激光器的谐振组件，还包括：

激光二极管热沉6，围绕所述激光晶体4设置；

激光二极管，设于所述激光二极管热沉6靠近所述激光晶体4的一侧；

半导体制冷器7，设于所述激光二极管热沉6远离所述激光晶体4的一侧，用于将激光二极管的温度控制在预设温度范围内。

散热片8，设于所述半导体制冷器7远离所述激光二极管热沉6的一侧。

根据本发明的一些实施例，所述第一光学元件的中心轴与所述输出镜5的中心轴之间的夹角小于2.5°。

进一步的，本发明实施例还提出一种激光器，包括：

谐振组件，所述谐振组件为如上所述的激光器的谐振组件。

采用本发明实施例，可以有效的去除远场激光光斑附近的杂散光，提高测距精度及指示效果。同时能够在一定程度上降低对光学元件面型加工精度的要求，如光学元件前后两个面的平行度、同轴度等，能够大幅降低元件的采购成本，适用于大批量的激光器生产。

激光器可以为全固态激光器(DPSSL)。激光器的泵浦源可以为激光二极管(LD)、灯泵浦源。激光器的泵浦方式可以为侧面泵浦方式或端面泵浦方式。

另一方面，本发明实施例还提出一种激光器的谐振组件调试方法，包括：

调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°。

采用本发明实施例，可以有效的去除远场激光光斑附近的杂散光，提高测距精度及指示效果。同时能够在一定程度上降低对光学元件面型加工精度的要求，如光学元件前后两个面的平行度、同轴度等，能够大幅降低元件的采购成本，适用于大批量的激光器生产。

根据本发明的一些实施例所述调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°，包括：

调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°且小于2.5°。

下面参照图1以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的激光器的谐振组件的调试方法以及激光器的谐振组件。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围。

激光二极管(LD)泵浦的全固态激光器(DPSSL)因其具有高效率、长寿命及结构紧凑等优点,已经成为固体激光器发展的主流方向,并在激光加工、激光测距、目标指示、激光雷达等领域得到广泛应用。

对于多数机载、车载或者手持等类型的高峰值功率脉冲激光器而言，要求激光器有高的光束质量或者经过同样的扩束系统后有更小的发散角。在激光测距、激光照射、目标指示等应用时，要求作用在目标上的激光光斑亮度高，且光斑周围不能有与激光亮度相近的或者亮度较弱但很容易被探测器接收到的杂散光斑出现。

通常情况下，激光器在调试过程中，通过设置一个基准光束(通常是He-Ne激光)并通过靶板中心，基准光束通过激光谐振腔内各个光学元件，依次调节激光器内部各个光学元件的位置，使其表面反射的基准光束光斑严格反射到靶板中心。精细调节谐振腔方位俯仰，形成激光输出。

然而，由于激光谐振腔内部需要调试的光学元件众多，对所有的光学元件严格按照上述调试方法进行调试时，会遇到由于机械结构或者光学元件的加工精度不足等原因无法完全把谐振腔内部光学元件表面反射的基准光束光斑反射到靶板中心，或者为了达到上述要求，需要通过修磨元件座或在各个光学元件座下方垫入金属薄片的方法精细调节谐振腔内部的光学元件座的方位俯仰，极大的增加了调试难度，甚至影响了光学元件的散热。

而且，实际情况下，形成的激光振荡存在于输出镜与反射镜之间，谐振腔内部的其他光学镀膜表面只是充当通光窗口，并不参与激光振荡。由于谐振腔内部各个光学元件表面均存在剩余反射，而且由于实际装调和光学元件前后表面加工平行度不足的原因，不可避免的存在谐振腔内部光学元件表面的剩余反射光与输出激光存在微小夹角的情况。当光学元件较多时，各个光学表面反射的振荡激光在远场情况下则可能在远场激光光斑周围随机分布并在局部汇集叠加形成较亮的光斑或者称之为杂散光斑，影响测距精度或者照射效果。如果消除激光周围的杂散光斑则可以进一步压缩激光远场发散角并且提高测距或照射效果。

基于此，本发明实施例提供一种激光器的谐振组件的调试方法，考虑到激光器形成的激光振荡是存在于输出镜与全反镜之间，谐振组件中的其他光学元件(如激光晶体、调Q晶体、波片、偏振片等)只是充当通光窗口，并不参与激光振荡。而且通过测试发现，将激光器的谐振组件中除了输出镜与全反镜之外的其他光学元件的安装角度在一定范围内进行调节后，不但不会影响激光振荡效果，还可以减少激光器内部各个光学元件表面的反射光在主振荡激光光轴附近汇集的概率，确保在远场位置的激光光斑附近无杂散光出现，解决现有的二极管泵浦固体激光器的在实际应用情况下出现远场激光光斑附近存在杂散光，导致测距精度下降或者对于激光指示的目标识别能力下降的问题。

需要说明的是，在激光器调试时可以通过光学元件表面对基准指示光在靶板上的反射光点位置判断偏置角度的大小，上述所提到的“一定范围”通常是反射光与基准指示光的夹角在2.5°立体角的范围内，同时避免各个光学元件的反射光点在靶板上重合。在此，需要注意的是，具体的光学元件的偏置角度并不严格限定与激光主轴在2.5°立体角的范围内，而是在不影响激光振荡的前提下，根据各个光学元件的特性及各个光学元件的机械固定特点而灵活应用。例如，可以采用定制特殊角度的光学元件，避免振荡激光通过光学元件表面时近垂直入射，达到消除激光振荡光主轴附近的杂散光的效果，以满足实际应用需要。

本发明实施例的激光器的谐振组件的调试方法，利用谐振组件中除输出镜和反射镜的大部分光学元件存在一定的安装角度范围而不影响激光振荡的特性，通过将激光器内部的光学元件偏置一定的角度，减少激光器内部各个光学元件表面的反射光在主振荡激光光轴附近汇集的概率，保证在远场位置的激光光斑附近无杂散光出现。此方法能够有效的去除远场激光光斑附近的杂散光，并且降低二极管泵浦固体激光器的调试难度。同时能够在一定程度上降低对光学元件面型加工精度的要求，如光学元件前后两个面的平行度、同轴度等，能够大幅降低元件的采购成本，适用于大批量的激光器生产。

采用上述的激光器的谐振组件的调试方法，可以得到本发明实施例的激光器的谐振组件。如图1所示，激光器的谐振组件包括：激光二极管、输出镜5、反射镜1、偏振片3、调Q晶体2、激光晶体4、激光二极管热沉6、半导体制冷器7以及散热片8。

具体的，如图1所示，输出镜5与反射镜1同轴且间隔设置，调Q晶体2位于输出镜5与反射镜1之间，调Q晶体2的中心轴与输出镜5的中心轴的夹角大于0°且小于2.5°。偏振片3位于调Q晶体2与输出镜5之间，偏振片3以布鲁斯特角入射。激光晶体4位于偏振片3与输出镜5之间，激光晶体4的中心轴与输出镜5的中心轴的夹角大于0°且小于2.5°。激光二极管热沉6围绕激光晶体4设置，激光二极管设于激光二极管热沉6靠近激光晶体4的一侧。激光二极管为多个且阵列排布。半导体制冷器7设于激光二极管热沉6远离激光晶体4的一侧。散热片8设于半导体制冷器7远离激光二极管热沉6的一侧。半导体制冷器7与散热片8相接。通过轴流风机将热量散掉，激光二极管LD产生的泵浦能量直接耦合入激光晶体4，在激光晶体4中产生粒子数反转。输出镜5和反射镜1构成谐振腔，偏振片3起偏，电信号驱动Q开关并形成巨脉冲激光输出。激光晶体4可以为YAG晶体。调Q器件可以为电光晶体、声光晶体、被动调Q晶体2或其他。

输出镜5、偏振片3、调Q晶体2、激光晶体4中的通光表面镀有振荡激光波长的增透膜。由此，可以减少激光器的谐振组件的内部损耗。受限于当前镀膜的工艺水平，增透膜的透过率小于99.9％，即光学元件表面存在一定的剩余反射。

相关技术中，激光器的谐振组件形成的激光振荡存在于输出镜与反射镜之间，谐振组件除了输出镜与反射镜之外的其他光学元件只是充当通光窗口，并不参与激光振荡。由于谐振组件除了输出镜与反射镜之外的其他光学元件表面均存在剩余反射，而且由于实际装调和光学元件前后表面加工平行度不足的原因，不可避免的各个光学元件表面的剩余反射光与输出激光存在微小夹角的情况。当光学元件较多时，各个光学表面反射的振荡激光在远场情况下则可能在远场激光光斑周围随机分布并在局部汇集叠加形成较亮的光斑或者称之为杂散光斑，影响测距精度或者照射效果。

而采用本发明实施例，除了输出镜与反射镜之外的其他光学元件的安装角度在一定范围内进行调节后，不但不会影响激光振荡效果，还可以减少激光器内部各个光学元件表面的反射光在主振荡激光光轴附近汇集的概率，确保在远场位置的激光光斑附近无杂散光出现，解决现有的二极管泵浦固体激光器的在实际应用情况下出现远场激光光斑附近存在杂散光。

需要说明的是，以上所述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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种激光器的谐振组件，其特征在于，包括：

反射镜；

输出镜，与所述反射镜同轴、间隔设置；

第一光学元件，位于所述反射镜与所述输出镜之间，所述第一光学元件的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角大于0°。

2.如权利要求1所述的激光器的谐振组件，其特征在于，还包括：

第二光学元件，位于所述反射镜与所述输出镜之间，所述第二光学元件的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角大于0°；

所述第二光学元件与所述第一光学元件中的一个为调Q晶体、另一个为激光晶体，所述激光晶体位于所述反射镜与所述输出镜之间，所述调Q晶体位于所述反射镜与所述激光晶体之间。

3.如权利要求2所述的激光器的谐振组件，其特征在于，所述第二光学元件的中心轴与所述第一光学元件的中心轴之间的夹角大于0°。

4.如权利要求2所述的激光器的谐振组件，其特征在于，还包括：

布鲁斯特角入射的偏振片，位于所述调Q晶体与所述激光晶体之间。

5.如权利要求2所述的激光器的谐振组件，其特征在于，还包括：

偏振分光棱镜，位于所述调Q晶体与所述激光晶体之间，所述偏振分光棱镜的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角大于0°。

6.如权利要求2所述的激光器的谐振组件，其特征在于，还包括：

激光二极管热沉，围绕所述激光晶体设置；

激光二极管，设于所述激光二极管热沉靠近所述激光晶体的一侧；

半导体制冷器，设于所述激光二极管热沉远离所述激光晶体的一侧；

散热片，设于所述半导体制冷器远离所述激光二极管热沉的一侧。

7.如权利要求1所述的激光器的谐振组件，其特征在于，所述第一光学元件的中心轴与所述输出镜的中心轴之间的夹角小于2.5°。

8.一种激光器，其特征在于，包括：

谐振组件，所述谐振组件为根据权利要求1-7任一项所述的激光器的谐振组件。

9.一种激光器的谐振组件调试方法，其特征在于，包括：

调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°，包括：

调节谐振组件中位于反射镜与输出镜之间的光学元件的位置，使得所述光学组件的中心轴与所述输出镜的中心轴的夹角大于0°且小于2.5°。

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