一种激光棒热透镜焦距的测量装置及方法
【专利摘要】本发明提供一种激光棒热透镜焦距的测量装置及方法，装置包括探测光源、准直扩束镜、激光棒、聚焦透镜、小孔光阑、功率计和泵浦源，在探测光源的输出光路上沿光轴依次设置准直扩束镜、激光棒、聚焦透镜、小孔光阑和功率计，所述泵浦源为侧泵泵浦源。本方法是：探测光源发出的探测光束通过准直扩束镜后，依次通过激光棒、聚焦透镜和小孔光阑，功率计测量不开启激光泵浦源和开启激光泵浦源两种状态下通过小孔光阑后的探测光束功率值，用以计算激光棒热透镜焦距，本发明提供的测量热透镜焦距的装置和方法，将长度测量转换为功率测量，测量过程不需调整光路和移动元件，操作方便且结果准确。
【专利说明】一种激光棒热透镜焦距的测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体激光器中激光棒热透镜焦距的测量技术，尤其是一种通过测量探测光束功率的方法测量激光棒热透镜焦距的装置及方法。
【背景技术】
[0002]固体激光器运转过程中，激光工作介质只能将部分泵浦能量转化为激光输出，相当一部分泵浦能量转变工作介质内的废热。这些废热会引起严重的负面效应，其中热致折射率梯度即为其负面效果之一。激光工作介质内的热致折射率梯度，会使得原本折射率均匀的激光介质变为类透镜介质，这种效应称为热透镜效应。热透镜效应会导致光束波前畸变，光束会聚，严重时光束聚焦于激光介质内部，在材料内部产生激光损伤。为了减小热透镜效应的影响，人们采用各种方法对热透镜效应进行补偿。但是，为了有效实现热透镜效应的补偿，必须要准确测量热透镜焦距值。
[0003]目前测量热透镜焦距有很多方法，常用的有:直接测量法、临界腔法等。直接测量法，即通过直接测量准直探测光经过激光棒后的焦点位置，确定热透镜焦距，该方法物理意义直观，也非常简单易于操作，但是由于探测光束本身的直径就很小，并且很多时候随着泵浦功率的变化，热透镜焦距的范围在几十厘米到几米，测量过程操作范围大，精确焦点位置不好找，测量结果误差很大。而临界腔法是另一种更常用的测量热透镜焦距的方法。其基本原理:平行平面腔的稳定性条件是热透镜焦距的函数，激光输出功率是泵浦输入功率的函数。通过监测激光输出功率，获得临界稳定点，通过临界稳定点获得特定泵浦输入功率下的热透镜焦距[李强，王志敏等.测量Nd:YAG激光器热透镜焦距的新方法，光电子.激光2014，(15):3]。该方法精确程度虽然优于直接测量法，但是实际上测试过程中，每改变一次腔长，就需要重新调试谐振腔，以尽量保证实验条件斜率效率等一致。过程繁琐。
【发明内容】
[0004]本发明提供一种通过测量探测光束功率来获得激光棒热透镜焦距的装置及方法，用于解决现有技术中测量过程操作范围大、测量过程繁琐、测量结果误差大等技术问题。
[0005]本发明提供的一种激光棒热透镜焦距的测量装置，它包括探测光源、准直扩束镜、激光棒、聚焦透镜、小孔光阑、功率计和泵浦源，在所述探测光源的输出光路上沿光轴依次设置所述的准直扩束镜、激光棒、聚焦透镜、小孔光阑和功率计，所述泵浦源为侧泵泵浦源。
[0006]所述的探测光源发出的探测光束为光斑内能量均匀分布发散角小的平行光源。
[0007]所述探测光源发出的探测光束经过所述准直扩束镜后的直径小于所述激光棒的直径D。
[0008]所述小孔光阑的孔径d小于所述探测光源发出的探测光束通过所述激光棒和聚焦透镜后到达所述小孔光阑所在平面处的光斑直径Dp
[0009]一种激光棒热透镜焦距的测量方法，包括下述步骤，步骤一:打开探测光源，探测光源发出的探测光束通过准直扩束镜，经过准直扩束的探测光束通过激光棒后，又通过聚焦透镜和小孔光阑，功率计测量通过小孔光阑后的探测光束功率值。所述的激光棒的长度中心与所述的聚焦透镜之间的距离为b，所述的聚焦透镜与所述的小孔光阑之间的距离为h，所述的聚焦透镜的焦距为，，小孔光阑的孔径为d。在未开启激光棒泵浦源之前，激光棒工作介质均匀，不影响光束波前形状，此时探测光束通过激光棒、聚焦透镜后到达小孔光阑所在平面处的光斑直径为D1，功率计测得的功率为P1 ;步骤二:测出P1后，再开启激光棒泵浦源，此时由于激光棒对入射探测光具有会聚作用，相当于焦距为f的热透镜。所述探测光源发出的探测光束通过所述准直扩束镜后经过所述激光棒会聚，再经过聚焦透镜进一步会聚，到达小孔光阑所在平面的光斑直径为D2，探测光束再经过小孔光阑，功率计测得的功率为P2 ;步骤三:计算出开启激光棒泵浦源后激光棒热透镜的焦距值。
[0010]所述步骤三中的激光棒热透镜焦距值根据下列公式计算获得，
【权利要求】
1.一种激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，包括探测光源、准直扩束镜、激光棒、聚焦透镜、小孔光阑、功率计和泵浦源，所述探测光源的输出光路上沿光轴依次设置所述准直扩束镜、激光棒、聚焦透镜、小孔光阑和功率计。
2.根据权利要求1所述的激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，所述泵浦源为侧泵泵浦源。
3.根据权利要求1或2所述的激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，所述探测光源发出的探测光束为光斑内能量均匀分布发散角小的平行光源。
4.根据权利要求3所述的激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，所述探测光源发出的探测光束经过所述准直扩束镜后的直径小于所述激光棒的直径。
5.根据权利要求4所述的激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，所述小孔光阑的孔径小于所述探测光源发出的探测光束通过所述激光棒和聚焦透镜后到达所述小孔光阑所在平面处的光斑直径。
6.如权利要求5所述的一种激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，所述聚焦透镜的焦距小于所述聚焦透镜与所述小孔光阑之间的距离。
7.如权利要求5所述的一种激光棒热透镜焦距的测量装置，其特征在于，所述聚焦透镜的焦距大于所述聚焦透镜与所述小孔光阑之间的距离。
8.利用权利要求1所述激光棒热透镜焦距测量装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤: (1)打开探测光源，探测光源发出的探测光束通过准直扩束镜平行入射到激光棒上，并透过所述激光棒通过聚焦透镜和小孔光阑，到达功率计，功率计测量透过小孔光阑后的探测光束功率值； (2)保持探测光束参数不变，开启泵浦源，激光棒对入射探测光束具有会聚作用，相当于焦距为f的热透镜，探测光源发出的探测光束通过准直扩束镜后经过激光棒会聚，再经过聚焦透镜进一步会聚，然后透过小孔光阑到达功率计，功率计测量透过小孔光阑后的探测光束功率值； (3)根据泵浦源开启前功率计测得的探测光束功率值和泵浦源开启后功率计测得的探测光束功率值计算激光棒的热透镜焦距值f。
9.如权利要求8所述的一种激光棒热透镜焦距的测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中的热透镜焦距值是根据下列公式计算获得的，
Kjl-1t)[K7 其中:f_热透镜焦距值，b-激光棒的长度中心与聚焦透镜之间的距离，fr聚焦透镜的焦距，h-聚焦透镜与小孔光阑之间的距离，P1-未开启泵浦源，功率计测得的探测光束功率值，P2-保持探测光源参数不变，开启泵浦源，功率计测得的探测光束功率值。
【文档编号】G01M11/02GK104165754SQ201410388115
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月7日 优先权日:2014年8月7日
【发明者】叶云霞, 贾子扬, 刘强宪, 何海滨, 黄帅 申请人:江苏大学