CN118099913A - 一种具有补偿热焦距功能的激光器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有补偿热焦距功能的激光器，包括沿光路依次设置的激光器、扩束器、第一全反射镜、增益组件、热焦距补偿透镜组件、第二全反射镜、电动光楔对、电控遮光板、第三全反射镜、输出镜，还包括光电探测组件，以及与热焦距补偿透镜组件、电动光楔对、电控遮光板、光电探测组件电性连接的控制装置。该激光器实现了对热焦距的补偿，提升了出射光束的质量。

Description

一种具有补偿热焦距功能的激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种具有补偿热焦距功能的激光器。

背景技术

近年来激光技术发展迅速，大能量固体激光器在工业加工、激光光电对抗、激光测距、激光医疗等领域广泛应用。对大能量固体激光器的性能要求同样日益提高。更高功率的同时要求有更好的光束质量。

泵浦光在作用晶体时，会有部分泵浦光未被晶体吸收，转换成晶体的热能，使晶体温度升高，与制冷系统共同作用，形成温度梯度，导致晶体折射率发生变化和热应力的产生，即晶体的热透镜效应。热透镜焦距随注入功率的改变的同时在动态变化。

晶体热效应会使固体激光器输出激光的能量大小受到限制，同时导致光束质量下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有补偿热焦距功能的激光器，使激光器能够对热焦距效应进行补偿，提高了激光器的出射光束质量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种技术方案：一种具有补偿热焦距功能的激光器，包括沿光路依次设置的激光器、扩束器、第一全反射镜、增益组件、热焦距补偿透镜组件、第二全反射镜、电动光楔对、电控遮光板、第三全反射镜、输出镜，还包括光电探测组件，以及与热焦距补偿透镜组件、电动光楔对、电控遮光板、光电探测组件电性连接的控制装置；

所述增益组件包括增益介质，以及设置于增益介质侧面的泵浦源及制冷装置；所述热焦距补偿透镜组件包括若干不同规格的热焦距补偿透镜、使所需规格的热焦距补偿透镜置于光路中的透镜切换装置、改变热焦距补偿透镜在光路中的轴向位置的透镜移动装置，各热焦距补偿透镜设置于透镜切换装置，透镜切换装置与透镜移动装置连接；所述电动光楔对包括光楔对，以及用于调节光楔对之间旋转角度的光楔对角度调节装置；所述电控遮光板包括遮光板，以及使遮光板移入或移出光路的遮光板移动装置，遮光板设置于遮光板移动装置；光电探测组件包括光电探测器、设置于光电探测器前的衰减片，以及用于移动光电探测器位置的光电探测器移动装置，光电探测器设置于光电探测器移动装置。

按上述方案，所述激光器为He-Ne激光器。

按上述方案，所述扩束器为伽利略扩束器。

按上述方案，所述第二全反射镜为平面镜，其靠近增益介质的一侧的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

按上述方案，所述第三全反射镜为平面镜，其靠近输出镜的一侧的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

按上述方案，透镜切换装置包括电机以及设置于电机输出轴的转盘，不同规格的热焦距补偿透镜沿周向均布于转盘上。

按上述方案，光楔对角度调节装置包括电机以及连接于电机输出轴的齿轮组。

按上述方案，光楔对的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

按上述方案，所述光电探测器移动装置为电控三维平移台。

一种利用上文所述的具有补偿热焦距功能的激光器实现的激光器的补偿热焦距方法，包括以下步骤：

S1、初始状态下，遮光板位于光路中；开启激光器、泵浦源以及制冷装置；

S2、通过控制装置控制光电探测器移动装置，使光电探测器置于第二全反射镜后的透射光路上，使光电探测器能够探测到完整的透射光束；经过增益组件后的光束照射在第二全反射镜的反射面上，一部分反射至第三全反射镜形成反射光路，另一部分穿过第二全反射镜形成透射光路；

S3、根据光电探测器所探测到的透射光束的光斑形态，通过控制装置控制透镜切换装置，使某一规格的热焦距补偿透镜置于光路中，并通过控制装置控制透镜移动装置，改变选取的热焦距补偿透镜在光路中的轴向位置，直至透射光束的光斑形态符合预设要求；

S4、通过控制装置控制遮光板移动装置，使遮光板移出光路；

S5、通过控制装置控制光电探测器移动装置，使光电探测器置于光路上的激光出射位置，使光电探测器能够探测到完整的出射光束；

S6、根据光电探测器所探测到的出射光束的光斑形态，通过控制装置控制光楔对角度调节装置，改变光楔对之间的旋转角度，直至出射光束的光斑形态符合预设要求。

本发明的有益效果是：该激光器利用光电探测器获取透射光束的光斑形态，根据该光斑形态，利用透镜切换装置选取相应规格的热焦距补偿透镜插入光路中，并利用透镜移动装置改变热焦距补偿透镜在光路中的轴向位置，进而补偿增益介质由于晶体热效应带来的负面影响，提高了激光器的出射光束质量。

附图说明

图1是本发明一实施例的具有补偿热焦距功能的激光器结构示意图；

图2是本发明一实施例的透镜切换装置示意图。

图中：1-激光器，2-扩束器，3-第一全反射镜，401-增益介质，402-泵浦源及制冷装置，5-热焦距补偿透镜组件，501-热焦距补偿透镜，502-转盘，6-第二全反射镜，7-电动光楔对，8-电控遮光板，9-第三全反射镜，10-输出镜，11-衰减片，12-光电探测器。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

参见图1，一种具有补偿热焦距功能的激光器，包括沿光路依次设置的激光器1、扩束器2、第一全反射镜3、增益组件、热焦距补偿透镜组件5、第二全反射镜6、电动光楔对7、电控遮光板8、第三全反射镜9、输出镜10(输出镜10的形状可为平面或凹面或凸面)，还包括光电探测组件，以及与热焦距补偿透镜组件5、电动光楔对7、电控遮光板8、光电探测组件电性连接的控制装置；

所述增益组件包括增益介质401，以及设置于增益介质401侧面的泵浦源及制冷装置402；所述热焦距补偿透镜组件5包括若干不同规格的热焦距补偿透镜501、使所需规格的热焦距补偿透镜501置于光路中的透镜切换装置、改变热焦距补偿透镜501在光路中的轴向位置的透镜移动装置，各热焦距补偿透镜501设置于透镜切换装置，透镜切换装置与透镜移动装置连接；所述电动光楔对7包括光楔对，以及用于调节光楔对之间旋转角度的光楔对角度调节装置；所述电控遮光板8包括遮光板，以及使遮光板移入或移出光路的遮光板移动装置，遮光板设置于遮光板移动装置；光电探测组件包括光电探测器12、设置于光电探测器12前的衰减片11(衰减片11具有不同的规格，通过手动进行切换安装，光电探测器12接收光斑前先安装具有最高衰减程度的衰减片11，以防光束能量过大损伤光电探测器12，而后通过观察光斑亮度逐步替换衰减程度更低的衰减片11，使光斑亮度符合预设要求，便于观察光斑形态)，以及用于移动光电探测器12位置的光电探测器移动装置，光电探测器12设置于光电探测器移动装置。

进一步地，所述激光器1为He-Ne激光器。

进一步地，所述扩束器2为伽利略扩束器。

进一步地，所述第二全反射镜6为平面镜，其靠近增益介质401的一侧的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

进一步地，所述第三全反射镜9为平面镜，其靠近输出镜10的一侧的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

进一步地，参见图2，透镜切换装置包括电机以及设置于电机输出轴的转盘502，不同规格的热焦距补偿透镜5沿周向均布于转盘502上。

进一步地，光楔对角度调节装置包括电机以及连接于电机输出轴的齿轮组。

进一步地，光楔对的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

进一步地，所述光电探测器移动装置为电控三维平移台。

一种利用上文所述的具有补偿热焦距功能的激光器实现的激光器的补偿热焦距方法，包括以下步骤：

S1、初始状态下，遮光板位于光路中；开启激光器1、泵浦源以及制冷装置402；

S2、通过控制装置控制光电探测器移动装置，使光电探测器12置于第二全反射镜6后的透射光路上，使光电探测器12能够探测到完整的透射光束；经过增益组件后的光束照射在第二全反射镜6的反射面上，一部分反射至第三全反射镜9形成反射光路，另一部分穿过第二全反射镜6形成透射光路；

S3、根据光电探测器12所探测到的透射光束的光斑形态，通过控制装置控制透镜切换装置，使某一规格的热焦距补偿透镜501置于光路中，并通过控制装置控制透镜移动装置，改变选取的热焦距补偿透镜501在光路中的轴向位置，直至透射光束的光斑形态符合预设要求(使此时的光斑大小，与未注入泵浦光时光电探测器在同一位置接收到的光斑大小相同)；

S4、通过控制装置控制遮光板移动装置，使遮光板移出光路；

S5、通过控制装置控制光电探测器移动装置，使光电探测器12置于光路上的激光出射位置，使光电探测器12能够探测到完整的出射光束；

S6、根据光电探测器12所探测到的出射光束的光斑形态，通过控制装置控制光楔对角度调节装置，改变光楔对之间的旋转角度，直至出射光束的光斑形态符合预设要求。

热焦距的补偿控制过程中，选择何种规格的热焦距补偿透镜501、热焦距补偿透镜501在光路中的轴向位置的确定、光楔对的相对转动角度的确定、光电探测器12在空间中的三维位置的确定，既可以是人工通过观察光电探测器接收到的光斑形态来操作控制装置进行调节而实现，也可是设置在控制装置内的算法模块根据光斑形态输出反馈调节指令而实现，本发明的发明目的不必依赖于该算法而达成，本实施例中不对该算法进行赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：包括沿光路依次设置的激光器、扩束器、第一全反射镜、增益组件、热焦距补偿透镜组件、第二全反射镜、电动光楔对、电控遮光板、第三全反射镜、输出镜，还包括光电探测组件，以及与热焦距补偿透镜组件、电动光楔对、电控遮光板、光电探测组件电性连接的控制装置；

所述增益组件包括增益介质，以及设置于增益介质侧面的泵浦源及制冷装置；所述热焦距补偿透镜组件包括若干不同规格的热焦距补偿透镜、使所需规格的热焦距补偿透镜置于光路中的透镜切换装置、改变热焦距补偿透镜在光路中的轴向位置的透镜移动装置，各热焦距补偿透镜设置于透镜切换装置，透镜切换装置与透镜移动装置连接；所述电动光楔对包括光楔对，以及用于调节光楔对之间旋转角度的光楔对角度调节装置；所述电控遮光板包括遮光板，以及使遮光板移入或移出光路的遮光板移动装置，遮光板设置于遮光板移动装置；光电探测组件包括光电探测器、设置于光电探测器前的衰减片，以及用于移动光电探测器位置的光电探测器移动装置，光电探测器设置于光电探测器移动装置。

2.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：所述激光器为He-Ne激光器。

3.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：所述扩束器为伽利略扩束器。

4.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：所述第二全反射镜为平面镜，其靠近增益介质的一侧的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

5.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：所述第三全反射镜为平面镜，其靠近输出镜的一侧的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

6.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：透镜切换装置包括电机以及设置于电机输出轴的转盘，不同规格的热焦距补偿透镜沿周向均布于转盘上。

7.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：光楔对角度调节装置包括电机以及连接于电机输出轴的齿轮组。

8.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：光楔对的表面镀有与泵浦光和输出激光的波长对应的高反膜。

9.根据权利要求1所述的具有补偿热焦距功能的激光器，其特征在于：所述光电探测器移动装置为电控三维平移台。

10.一种利用权利要求1-9任一所述的具有补偿热焦距功能的激光器实现的激光器的补偿热焦距方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、初始状态下，遮光板位于光路中；开启激光器、泵浦源以及制冷装置；

S2、通过控制装置控制光电探测器移动装置，使光电探测器置于第二全反射镜后的透射光路上，使光电探测器能够探测到完整的透射光束；经过增益组件后的光束照射在第二全反射镜的反射面上，一部分反射至第三全反射镜形成反射光路，另一部分穿过第二全反射镜形成透射光路；

S3、根据光电探测器所探测到的透射光束的光斑形态，通过控制装置控制透镜切换装置，使某一规格的热焦距补偿透镜置于光路中，并通过控制装置控制透镜移动装置，改变选取的热焦距补偿透镜在光路中的轴向位置，直至透射光束的光斑形态符合预设要求；

S4、通过控制装置控制遮光板移动装置，使遮光板移出光路；

S5、通过控制装置控制光电探测器移动装置，使光电探测器置于光路上的激光出射位置，使光电探测器能够探测到完整的出射光束；

S6、根据光电探测器所探测到的出射光束的光斑形态，通过控制装置控制光楔对角度调节装置，改变光楔对之间的旋转角度，直至出射光束的光斑形态符合预设要求。