专利名称：激光器热透镜效应的补偿装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及激光器技术领域，特别是涉及一种激光器热透镜效应的补偿装置。
技术背景
激光器工作时激光介质吸收的泵浦光能量，除一部分以激光方式输出外，其他能量大多数转变为热并沉积在激光工作物质内使其产生温升，在不断重复泵浦和热传导作用下，工作物质内温度梯度不断增加，工作物质中温度梯度的存在使原本折射率完全均勻的工作物质变为类透镜介质，光束通过工作物质后发生聚焦，俗称为热自聚焦。热自聚焦不但使激光束发散角迅速增加，不利于后续继续利用，更为严重的是会在工作物质内部产生实焦点，它将在材料内部产生激光损伤。
为了减轻热透镜效应对激光器件的影响，目前广泛采用将工作物质端面磨成凹面以作补偿，但只能对特定泵浦功率下的特定的热透镜效应进行补偿，同时加工精确的凹面晶体会增大工艺成本。
另外，在晶体外形一定的条件下，利用“基模热稳腔”思想设计谐振腔是一种常用方法，即当激光的参数满足一定条件时，能使基模参数在一定泵浦功率范围内保持不变或变化甚缓。这种方法通常要求激光介质尽可能靠输出耦合镜一端，腔长比激光晶体长的多， 同样的这种形式的激光器只能在泵浦功率在较小范围内变化的情况下稳定工作，如果泵浦功率范围变化较大，这种稳腔结构将会被打破，输出光远场发散角及束宽都会发生比较大的变化。为了实现较大泵浦功率范围内实现激光器的稳定工作，人们设法寻找外加的附加补偿装置来实现热透镜效应的补偿。
2003年8月27日公告授权的申请号为02266147. 6的中国实用新型专利说明书中公开了一种新型的热稳腔，在固体激光介质与输出镜之间设置一面由步进电机驱动的补偿透镜，补偿透镜根据固体激光介质功率的大小，由步进电机驱动前后移动调整补偿透镜的位置。该补偿装置的所应用的光学原理是使激光介质与补偿透镜之间的距离始终保持为热透镜焦距与补偿透镜焦距之和，即使热透镜与补偿透镜形成开普勒望远镜，由此来达到补偿固体激光介质的热透镜效应，使不稳定腔变为稳定腔，高功率的激光输出具有较好的稳定性和光束质量的目的。但是上述的补偿装置存在以下问题该补偿装置的补偿方法是使棒与透镜之距离等于“热透镜焦距与透镜焦距之和”即热透镜与透镜形成开普勒望远镜， 该补偿装置只有当热透镜焦距很小时，“热透镜焦距与透镜焦距之和”可为实际激光器件采用，当热透镜焦距较大(如几米)时，“热透镜焦距与透镜焦距之和”相当大，难于为实际激光器件采用；光学谐振腔内插入腔镜使激光损耗增加，会导致激光能量转换效率下降。
2007年8月15日公告授权2007100673 . 5号中国发明专利说明书中公开了一种激光棒热透镜效应的补偿方法，其特点是将激光器中光学谐振腔的腔镜设置成向激光棒方向凸起的凸面镜，在腔镜上设置由步进马达驱动的移动机构，步进马达由控制电脑控制驱动，使腔镜与激光棒之间的距离为a = f-R/2-d/2n，其中，R为腔镜的曲率半径，d为激光棒的长度，η为激光棒的折射率，f为热透镜焦距，在确定了腔镜的曲率半径后，就可以利用电脑驱动步进马达带动球面镜沿着光轴平移，自动驱动马达实现完全自动补偿。这种补偿装置存在以下问题马达带动球面镜移动时难以保证始终沿着光轴，对调节要求很高；谐振腔内通常包含其他元件，这会限制补偿的范围。发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是如何提供一种结构简单、装配容易的激光器热透镜效应的补偿装置；以及进一步维持在泵浦功率较大范围变化时激光器的稳定工作。
( 二 )技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光器热透镜效应的补偿装置，所述补偿装置安装在激光器的腔镜的外侧，所述补偿装置包括顶杆机构，所述顶杆机构抵住腔镜外表面的中心；当泵浦功率发生变化时，调节顶杆机构对腔镜外表面的压力以调节腔镜的曲率半径，进而补偿激光器的热透镜焦距的变化。
其中，所述顶杆机构包括顶杆、顶杆支座和顶杆驱动单元，所述顶杆支座固定安装在激光器的底座上，所述顶杆设置在所述顶杆支座上，所述顶杆的一端抵住所述腔镜的外表面的中心，另一端与所述顶杆驱动单元相连，所述顶杆抵住所述腔镜的一端为尖端，所述顶杆驱动单元用于驱动顶杆在水平方向上进行伸缩运动以调节该顶杆对腔镜所施加的压力。
其中，所述顶杆与顶杆驱动单元相连的一端设有外螺纹，所述顶杆驱动单元设有与所述外螺纹相匹配的内螺纹，转动所述顶杆驱动单元可推动顶杆在水平方向上的伸缩运动。
其中，所述顶杆为压电陶瓷材料，所述顶杆驱动单元为压电陶瓷电源，所述顶杆通过电缆与顶杆驱动单元相连。
其中，所述顶杆驱动单元连接有激光泵浦反馈装置。
其中，所述顶杆贯穿所述顶杆支座。
其中，所述顶杆支座的顶部具有卡槽，所述顶杆安装在所述卡槽内。
其中，所述腔镜为曲面镜或者平面镜。
其中，所述腔镜为圆形或方形或矩形。
(三)有益效果
上述技术方案提供的一种激光器热透镜效应的补偿装置，安装在激光器的腔镜的外侧，该结构简单、易于装配，当激光器的泵浦功率发生变化时，通过顶杆机构调节腔镜的曲率半径，腔镜的曲率半径的变形量可补偿热透镜焦距的变化，使得输出镜的基模高斯光斑尺寸和光远场发散角保持不变，维持激光系统的稳定工作，避免激光器内部的材料发生激光损伤；进一步地，采用压电陶瓷材料和压电陶瓷电源进行驱动，实现了腔镜曲率半径的连续变化，保证在泵浦功率较大变化范围时激光器的稳定工作。
图1是本发明实施例一的激光器的结构示意图2是本发明曲率半径调节原理图；4
图3是本发明等效谐振腔的示意图4是本发明实施例二的激光器热透镜效应的补偿装置的结构示意图。
其中，1、底座；2、腔镜；3、激光介质；4、输出镜；5、顶杆机构；2_1、夹持机构；3_1、 冷却模块；4-1、输出镜调节机构；5-1、顶杆；5-2、顶杆支座；5-3、顶杆驱动单元；a、外表面； b、内表面。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
激光器一般包括底座1和依次安装在底座1上的腔镜2、激光介质3和输出镜4。 其中，腔镜2通过夹持机构2-1固定安装在底座1上，腔镜2与夹持机构2-1之间可采用紧固件等方式的机械连接，也可以采用粘结等方式的非机械连接；激光介质3通过冷却模块 3-1固定安装在底座1上，输出镜4通过输出镜调节机构4-1固定安装在底座1上，其中，腔镜2可为曲面镜或者为平面镜，以下的技术方案以曲面镜为例。
在激光器工作时，激光介质3可等效成焦距为f的薄透镜，因此激光器可以简化为如图2所示模型，腔镜2和输出镜4的曲率半径分别为R、R2，腔长L，内含焦距为f的薄透镜，该薄透镜距腔镜2和输出镜4的距离分别为屯、d2。
可以得到输出镜4上的基模高斯光束束宽ω2
权利要求
1.一种激光器热透镜效应的补偿装置，所述补偿装置安装在激光器的腔镜的外侧，其特征在于，所述补偿装置包括顶杆机构，所述顶杆机构抵住腔镜外表面的中心；当泵浦功率发生变化时，调节顶杆机构对腔镜外表面的压力以调节腔镜的曲率半径，进而补偿激光器的热透镜焦距的变化。
2.如权利要求1所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述顶杆机构包括顶杆、顶杆支座和顶杆驱动单元，所述顶杆支座固定安装在激光器的底座上，所述顶杆设置在所述顶杆支座上，所述顶杆的一端抵住所述腔镜的外表面的中心，另一端与所述顶杆驱动单元相连，所述顶杆抵住所述腔镜的一端为尖端，所述顶杆驱动单元用于驱动顶杆在水平方向上进行伸缩运动以调节该顶杆对腔镜所施加的压力。
3.如权利要求2所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述顶杆与顶杆驱动单元相连的一端设有外螺纹，所述顶杆驱动单元设有与所述外螺纹相匹配的内螺纹， 转动所述顶杆驱动单元可推动顶杆在水平方向上的伸缩运动。
4.如权利要求2所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述顶杆为压电陶瓷材料，所述顶杆驱动单元为压电陶瓷电源，所述顶杆通过电缆与顶杆驱动单元相连。
5.如权利要求4所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述顶杆驱动单元连接有激光泵浦反馈装置。
6.如权利要求2所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述顶杆贯穿所述顶杆支座。
7.如权利要求2所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述顶杆支座的顶部具有卡槽，所述顶杆安装在所述卡槽内。
8.如权利要求1所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述腔镜为曲面镜或者平面镜。
9.如权利要求1所述的激光器热透镜效应的补偿装置，其特征在于，所述腔镜为圆形或方形或矩形。
全文摘要
本发明涉及激光器技术领域，本发明公开了一种激光器热透镜效应的补偿装置。本发明的激光器热透镜效应的补偿装置，安装在激光器的腔镜的外侧，所述补偿装置包括顶杆机构，所述顶杆机构抵住腔镜外表面的中心。本发明结构简单、易于装配，当激光器的泵浦功率发生变化时，通过顶杆机构调节腔镜的曲率半径，腔镜的曲率半径的变形量可补偿热透镜焦距的变化，使得输出镜的基模高斯光斑尺寸和光远场发散角保持不变，维持激光系统的稳定工作，避免激光器内部的材料发生激光损伤；进一步地，采用压电陶瓷材料和压电陶瓷电源进行驱动，实现了腔镜曲率半径的连续变化，保证在泵浦功率较大的变化范围时激光器的稳定工作。
文档编号H01S3/08GK102522685SQ201110445069
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者巩马理, 张海涛, 柳强, 胡震岳, 闫平, 黄磊 申请人:清华大学