提高温度测量精度，该镜片从侧面观测形状为平行平板或楔板，楔板上下表面夹角为10° -40°。
[0035]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两透镜的焦距比例为1:1?1: 3，并且对泵浦激光的反射率小于5%。
[0036]泵浦源为光纤激光二极管输出，输出波长为808nm或880nm或888nm或914nm，光纤输出口光斑直径为200?400 μ mo
[0037]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两透镜的焦距比例为1: 1，材料为砸化锌，镀有对8?12 μ m红外光的高透膜，对8?12 μ m红外光的反射率小于
[0038]红外照相机镜头材料为砸化锌，工作光谱范围为8?12 μ m，空间分辨率为30?90 μ m0
[0039]测量和计算固体激光器晶体温度的方法的步骤如下:
[0040]I)泵浦源6在未开启的状态下，将水温20°C?80°C中每隔1°C分别设定，稳定状态下金属热沉I和激光增益介质2温度为设定的水温值，分别用红外照相机对激光增益介质进行温度的灰度值标定。
[0041]2)泵浦源6输出泵浦光经过第一光学親合系统第二透镜5和第一光学親合系统第一透镜4后，光束会聚在激光增益介质2上，焦点处光斑直径大小取决于第一光学耦合系统第一透镜5和第一光学耦合系统第二透镜4的焦距比，晶体吸收泵浦光后一部分能量转化为热量沉积在激光增益介质2中，由于激光增益介质2的四周由金属热沉包裹，吸收和发散热量达到平衡后，激光增益介质2中心到边缘处会形成稳定的温度差；
[0042]3)第二光学耦合系统第一透镜7与第二光学耦合系统第二透镜8均为焦距为f的透镜，组成4f成像系统，第二光学耦合系统第一透镜7与激光增益介质2的距离为f，第二光学耦合系统第一透镜7与第二光学耦合系统第二透镜2之间的距离为2f，第二光学耦合系统第二透镜8与红外照相机9之间的距离为f ;热量以波长为8?12 μ m红外光的形式从激光增益介质2表面向外辐射，经过双色镜3后向下反射，经过由第二光学耦合系统第一透镜7与第二光学耦合系统第二透镜8后将激光增益介质2表面处热量分布情况成像在红外照相机9处；根据双色镜3为平行平板形状和楔板形状，具体实施时分为两种方法，分别为:
[0043]a)双色镜3为平行平板形状时，平板前后表面对红外光波各有一次反射，红外光波经过平板反射后会形成两束平行红外光波，在计算机上会观测到两个热成像分布；根据光学传播理论得知双色镜3靠近平板法线的一侧的光波为上表面处反射的光波，并且上表面反射的光波强度更高；在计算机上采用过滤算法将强度强的像单独筛选出后可以测量得出激光增益介质表面的温度分布；
[0044]b)双色镜为楔板形状时，红外光波在楔板的前后表面反射后输出的两束红外光波不再平行，靠近楔板上表面法线的一侧的光波为上表面处反射的光波，将此束光波入射在红外照相机处，则在计算机上可直接测得激光增益介质表面的温度分布。
[0045]实施例
[0046]金属热沉通入恒温水进行冷却，恒温水的温度为20°C ;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，晶体钕掺杂浓度为0.3at.%，Nd:YVO4晶体为长方体，尺寸规格为3*3*16mm3。晶体表面对泵浦光的反射率为0.5%，激光增益介质包裹铟膜后放置在金属热沉中；双色镜在光路中呈45°放置，对8?12 ym红外光的反射率为99.9%，并且对泵浦激光的反射率为0.5%，镜片从侧面观测形状楔板形状；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两透镜的焦距比例为1:1，并且对808nm泵浦激光的反射率为0.5%;泵浦源为光纤激光二极管输出，输出波长为808nm，光纤输出口光斑直径为400 μm，输出功率为7W ;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两透镜的焦距比例为1:1，材料为砸化锌，镀有对8?12 ym红外光的高透膜，对8?12 μ m红外光的反射率小于5%;红外照相机镜头材料为砸化锌，工作光谱范围为8?12 μ m，空间分辨率为 30 ?90 μ m。
[0047]经测量和计算得到晶体的温度分布灰度图如图3所示，根据标定的灰度值可以得到晶体表面任意位置处的温度。
[0048]上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种测量和计算固体激光器晶体温度的装置，包括泵浦源和激光增益介质，以及用于成像激光增益介质发出红外光的相机；其特征在于，所述的装置还包括: 用于将泵浦源发出的泵浦光会聚在激光增益介质上的第一光学耦合系统； 用于透射所述的泵浦光并反射激光增益介质发出红外光的双色镜； 用于将双色镜反射的红外光会聚于相机的第二光学耦合系统； 以及根据相机图像计算激光增益介质表面温度分布的计算机。
2.如权利要求1所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，所述的双色镜在光路中倾斜40° -60°布置。
3.如权利要求1所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，所述双色镜的镜片材料为铌酸锂晶体。
4.如权利要求1所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，所述的双色镜为平板状或楔形板状。
5.如权利要求4所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，楔形板状的双色镜上下表面夹角为10° -40°。
6.如权利要求1所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，所述的第一光学親合系统包括焦距比例为1:1?1:3的第一透镜和第二透镜，且第一透镜和第二透镜对泵浦光的反射率小于5%。
7.如权利要求1所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，所述的第二光学耦合系统具有焦距比例为1:1的两个透镜，透镜材料为砸化锌，且镜面镀有对8?12 μ m红外光的高透膜。
8.如权利要求7所述的测量和计算固体激光器晶体温度的装置，其特征在于，所述两个透镜的焦距均为f，组成4f成像系统。
9.一种测量和计算固体激光器晶体温度的方法，其特征在于，包括: 1)利用相机标定激光增益介质在不同温度下发出的红外光的成像灰度值； 2)将泵浦源输出的泵浦光会聚在激光增益介质上，激光增益介质发出的红外光经双色镜反射，并成像在相机处； 3)计算机根据相机成像图像，结合步骤I)中的标定结果，测到激光增益介质表面的温度分布。
10.如权利要求9所述的测量和计算固体激光器晶体温度的方法，其特征在于，所述的双色镜为楔形板状。
【专利摘要】本发明公开了一种测量和计算固体激光器晶体温度的装置，包括泵浦源和激光增益介质，以及用于成像激光增益介质发出红外光的相机；所述的装置还包括：用于将泵浦源发出的泵浦光会聚在激光增益介质上的第一光学耦合系统；用于透射所述的泵浦光并反射激光增益介质发出红外光的双色镜；用于将双色镜反射的红外光会聚于相机的第二光学耦合系统；以及根据相机图像计算激光增益介质表面温度分布的计算机。本发明还公开了一种测量和计算固体激光器晶体温度的方法。本发明通过直接测量晶体的温度可以监测晶体与热沉的贴合程度，分析晶体的热效应对激光输出的影响，在实验研究和工业方面都广泛的用途。
【IPC分类】G01J5-00
【公开号】CN104729717
【申请号】CN201510117582
【发明人】刘崇, 刘斌, 赵丽, 沈利沣, 王毅, 项震
【申请人】浙江大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年3月17日