[发明专利]一种采用腔外波前自再现实现激光放大器中光束质量控制的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及固体激光技术，具体涉及一种采用腔外波前自再现实现激光放大器中光束质量控制的装置和方法。

技术背景

高光束质量高功率激光器无论是在科研、工业领域，还是在军事领域，都有极其广泛和重要的应用，比如非线性频率变换、激光高精度加工、激光遥感以及激光武器等。光束质量是激光的一个重要参数，在很大程度上决定激光器的性能。在大量的激光应用中，最关键的参数往往不是激光功率，而是激光亮度。对于一台输出功率一定的激光器，光束质量越好，激光亮度就越高。在高功率的情况下，激光二极管泵浦固体激光器中激光晶体的热效应十分严重。冷却晶体导致晶体内的温度梯度分布，进而导致晶体折射率梯度分布，形成热透镜效应、热致双折射效应以及热致畸变效应等热效应。在激光二极管泵浦激光振荡器中，随着泵浦功率增加，热致畸变效应随之增强，改变激光波前，对激光振荡器的输出功率、光束质量等性能产生影响。

激光振荡器输出激光功率一般较低，为同时获得高功率和高光束质量激光，通常采用主级振荡功率放大(MOPA)结构，主级振荡级(激光振荡器)输出高光束质量激光，功率放大级(激光放大器)实现激光功率放大。然而在激光放大器中，通常情况下，由于热致畸变效应的存在，放大过程中激光光束质量会持续恶化，放大后的激光光束质量远差于激光振荡器输出的激光光束质量，其中影响光束质量的主要因素是激光增益介质对光束球差的累积。为改善放大器中的激光光束质量，发展出了多种光束质量控制、改善技术，主要有：相位共轭镜技术和可变形镜技术等。相位共轭镜可以自动矫正波前畸变，改善激光光束质量。可变形镜技术中使用了一个反射镜面，在致动器作用下反射镜面发生形变，波前传感器检测激光波前，进而改变可变形镜镜面，就可以矫正激光波前畸变，提高激光光束质量。不管是相位共轭镜技术还是可变形镜技术，都可以改善激光放大器中的激光光束质量，但是这两项技术成本高、技术复杂，具有较大的局限性。

发明内容

本发明的目的针对上述方法中的不足，提供一种采用腔外波前自再现实现激光放大器中光束质量控制的装置和方法。本发明利用激光放大器本身的性质，通过对两个放大器中球差的精细控制，不需要采用相位共轭镜技术或者可变形镜技术，就可以保持激光在通过放大器后保持好的光束质量。

采用腔外波前自再现实现激光放大器中光束质量控制的装置包括第一泵浦源、第一光学耦合系统第一透镜、第一光学耦合系统第二透镜、第一双色镜、第一激光增益介质、谐振腔高反镜、谐振腔输出镜、第二泵浦源、第二光学耦合系统第一透镜、第二光学耦合系统第二透镜、第二双色镜、第三泵浦源、第三光学耦合系统第一透镜、第三光学耦合系统第二透镜、第三双色镜、第二激光增益介质、第四泵浦源、第四光学耦合系统第一透镜、第四光学耦合系统第二透镜、第四双色镜、第五泵浦源、第五光学耦合系统第一透镜、第五光学耦合系统第二透镜、第五双色镜、第三激光增益介质、第六泵浦源、第六光学耦合系统第一透镜、第六光学耦合系统第二透镜、第六双色镜；第一泵浦源、第一光学耦合系统第一透镜、第一光学耦合系统第二透镜、第一双色镜、第一激光增益介质、第二双色镜、第二光学耦合系统第二透镜、第二光学耦合系统第一透镜、第二泵浦源顺次相连，第三泵浦源、第三光学耦合系统第一透镜、第三光学耦合系统第二透镜、第三双色镜、第二激光增益介质、第四双色镜、第四光学耦合系统第二透镜、第四光学耦合系统第一透镜、第四泵浦源顺次相连，第五泵浦源、第五光学耦合系统第一透镜、第五光学耦合系统第二透镜、第五双色镜、第三激光增益介质、第六双色镜、第六光学耦合系统第二透镜、第六光学耦合系统第一透镜、第六泵浦源顺次相连，在第一双色镜与第三双色镜之间放置有谐振腔高反镜，第二双色镜与第四双色镜之间顺次放置有谐振腔输出镜。

所述的谐振腔高反镜对激光的反射率大于99.5%，谐振腔输出镜对激光的反射率为10%~90%。

所述的第一激光增益介质和第二激光增益介质为掺杂型激光材料，掺杂型激光材料为Nd:YVO₄晶体或Nd:YAG晶体。

所述的第一光学耦合系统第一透镜与第一光学耦合系统第二透镜、第二光学耦合系统第一透镜与第二光学耦合系统第二透镜、第三光学耦合系统第一透镜与第三光学耦合系统第二透镜、第四光学耦合系统第一透镜与第四光学耦合系统第二透镜、第五光学耦合系统第一透镜与第五光学耦合系统第二透镜以及第六光学耦合系统第一透镜与第六光学耦合系统第二透镜两透镜的焦距比例为1:1 ~ 1:3。