CN207705562U - 一种光束均匀的激光系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光束均匀的激光系统，包括沿光路依次设置的激光输入装置、光束光路装置、水平偏振器件、第一工作物质、棱镜、转子、第二工作物质、1/4波片和高反镜，第一工作物质和第二工作物质为对称设置，两者中间设置有泵浦源，第一工作物质和第二工作物质的光路方向垂直于棱镜的同一底面，棱镜的底角角度为α，α为10°～40°。与现有技术相比，本实用新型的技术方案解决了单灯双棒式激光放大器的泵浦不均匀性问题，在激光放大器系统后加入棱镜或者与其起到相似作用的元件，对两支工作物质输出激光实现互补，从而达到提高激光光束均匀性的目的。

Description

一种光束均匀的激光系统

技术领域

本实用新型涉及激光器技术领域，具体涉及一种光束均匀的激光系统。

背景技术

激光器输出激光的光斑和能量是判别一款激光器质量好坏的重要指标。而激光光束均匀性的好坏对光斑和能量两个性能指标影响很大，光束均匀性差导致输出激光能量分布不均衡，出射光斑形象差。优化提高光束均匀性的方法一般有加装二元光学设计全反镜，加装平顶光束整形器元件，优化泵浦均匀性等。

其中优化泵浦均匀性与激光器中激光放大器系统有关，激光放大器主要由泵浦源和工作介质(如掺杂晶体棒)组成。激光器一般在小能量情况下能够获得光学性能(脉宽、线宽、偏振性)质量较高的激光，在需要高质量光学性能及大能量输出激光的情况下就需要用到激光放大器，基本保持小能量激光高质量性能的前提下提高输出能量。其工作原理为泵浦源作用于工作物质后，大量处于下能级的粒子跃迁至上能级形成反转粒子状态，即上能级粒子数多于下能级粒子数，达到一定程度后小能量激光作为光信号作用于工作物质使得上能级粒子数跃迁至下能级，跃迁过程中增益激光。

目前普遍使用的激光放大器结构一般有单灯单棒(即由一支泵浦灯和一支棒状工作物质组成)，单灯双棒，双灯单棒，多级串联等。正是由于它的这种组成结构和工作方式，导致其泵浦均匀性问题一直值得研究。例如由氙灯泵浦掺钕离子YAG晶体棒(单灯单棒)，氙灯闪光后晶体棒内开始粒子跃迁行为，这种跃迁行为的活跃程度与氙灯密切相关，所以不难理解晶体棒近灯处与远灯处作用效果会有差异，即近灯处泵浦作用较强，影响光束均匀性。解决这种光束不均匀性方法一般有加入一些特定功能元件作补偿，双灯单棒也是解决单灯单棒问题的一种方法，但是由于加入了两支泵浦灯，产热会很高，晶体棒导热率也不是很理想，存在制冷问题的缺点。另外激光放大器结构决定了输出激光会产生热致双折射效应，降低输出激光的消光比及影响光束质量，即退偏现象。单灯双棒式激光器中泵浦源与工作介质的泵浦不均匀作用会叠加，会加重负面效果。目前激光器应用范围广泛，工业，科研与医疗等领域占据着举足轻重的地位。激光器性能参数的提升优化尤为重要，所以提高光束均匀性有着重大的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能够解决单灯双棒式激光放大器的泵浦不均匀性问题的光束均匀的激光系统。

本实用新型的为达到上述目的，具体通过以下技术方案得以实现的：

一种光束均匀的激光系统，包括沿光路依次设置的激光输入装置、光束光路装置、水平偏振器件、第一工作物质、棱镜、转子、第二工作物质、1/4波片和高反镜，第一工作物质和第二工作物质为对称设置，两者中间设置有泵浦源，第一工作物质和第二工作物质的光路方向垂直于棱镜的同一底面，棱镜的底角角度为α，α为10°～40°。

进一步地，棱镜底角的角度α为15°～25°。

进一步地，棱镜底角的角度α为20.5°。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案解决了单灯双棒式激光放大器的泵浦不均匀性问题，在激光放大器系统后加入棱镜或者与其起到相似作用的元件，对两支工作物质输出激光实现互补，从而达到提高激光光束均匀性的目的，可以很好的消除现有聚光腔技术设计中普遍存在的泵浦不均匀性的缺点；两支同等参数的工作物质在同等聚光腔腔型泵浦下，之间加入转子可以消除退偏；结构简单，棱镜为一体式结构，免调试，不存在结构不稳定造成的失调现象；棱镜结构通过光学精密加工，精度高，避免人为因素造成的生产差异。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中光斑在棱镜中的光路图。

图中，1、激光输入装置；2、光束隔离装置；3、水平偏振器件；4、第一工作物质；5、棱镜；51、底面；52、第一斜面；53、第二斜面；6、转子；7、第二工作物质；8、1/4波片；9、高反镜；10、泵浦源；11、光斑。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示，本实用新型的一种光束均匀的激光系统，包括沿光路依次设置的激光输入装置1、光束隔离装置2、水平偏振器件3、第一工作物质4、棱镜5、转子6、第二工作物质7、1/4波片8和高反镜9，第一工作物质和第二工作物质为对称设置，两者中间设置有泵浦源10，第一工作物质和第二工作物质的光路方向垂直于棱镜的同一底面51，棱镜的底角角度为α，α为10°～40°。

优选地，棱镜底角的角度α为15°～25°。进一步地优选为，棱镜底角的角度α为20.5°。

本实用新型采用光斑补偿机制，使用可将入射光束旋转180°光学设计的棱镜，棱镜为一体式结构，能够实现光束均匀性，结构简单易调试的激光系统。

本实用新型中的输入激光装置1与光束隔离装置2配合使用，输入激光作为信号光输入激光放大器，光束隔离装置2起到保护输入激光系统不被高能量回光损坏。激光放大器系统由第一工作物质4、第二工作物质7和泵浦源10组成，泵浦源11是向工作物质供给能量，即泵浦源11的泵浦光都能由会聚光学系统耦合到工作物质中。第一工作物质4和第二工作物质7为晶体棒，优选地，泵浦源10为氙灯，激光放大器系统将输入高质量小能量激光进行增益。水平偏振器件3、转子6和1/4波片8起到协调作用，控制光束偏振态及输出位置，其中转子6起到消退偏作用，因其可将入射光束偏振态旋转90°，消除因退偏产生的不需要的偏振分量。高反镜9优选地采用二元衍射光学设计，使输出激光为平顶模式，同样起到光束均匀性目的。棱镜5改变光束传输方向，棱镜制作光学精度高，一体式结构，故而不存在失调现象及人为偏差。

市场上棱镜制作材质有K9、BK7和石英等，这里以K9为例讲述。下述为光束通过棱镜时的情况，如图2所示，激光光斑13由棱镜5的底面51输入，光束在棱镜5内部依次经过棱镜第一斜面52，底面51及另外一侧的第二斜面53，而且要求在棱镜5内部光束反射至底面51时发生全反射，经计算，在K9材质中，棱镜小角角度约20.5°时可发生全反射。光束在棱镜5内部传输时达到全反射效果，棱镜5整体调试位置如图1所示垂直于纸面安装，第一工作物质4输出激光应垂直入射棱镜5的底面51，并且落于棱镜5斜边。调试过程中可适当调试棱镜5倾斜角度，使得出射激光入射第二工作物质7及再次反射进入第一工作物质4。

激光经过这一系列光路反射后，棱镜5输出激光光斑旋转180°，光束传输如图2，光斑11近灯点a经过棱镜传输后变为远灯点。这样两支工作物质的近灯作用与远灯作用互相弥补，光斑11达到互补状态，最终输出激光光斑11显示为泵浦均匀性光斑，达到消除泵浦不均匀的目的。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种光束均匀的激光系统，其特征在于，包括沿光路依次设置的激光输入装置(1)、光束隔离装置(2)、水平偏振器件(3)、第一工作物质(4)、棱镜(5)、转子(6)、第二工作物质(7)、1/4波片(8)和高反镜(9)，第一工作物质和第二工作物质为对称设置，两者中间设置有泵浦源(10)，第一工作物质和第二工作物质的光路方向垂直于棱镜的同一底面(51)，棱镜的底角角度为α，α为10°～40°。

2.根据权利要求1所述的光束均匀的激光系统，其特征在于，棱镜的材质为K9、BK7和石英中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的光束均匀的激光系统，其特征在于，棱镜底角的角度α为15°～25°。

4.根据权利要求1所述的光束均匀的激光系统，其特征在于，棱镜底角的角度α为20.5°。