一种端面泵浦固体激光器中对泵浦光精细调控的方法与流程

本发明涉激光器技术领域，尤其涉及一种激光二极管端面泵浦固体激光器中对泵浦光的能量分布精细调控的方法。

背景技术：

激光二极管端面泵浦固体激光器中，泵浦光耦合系统将激光二极管直接输出或光纤输出的光束变进行光学整形变换，然后对激光介质进行端面泵浦。激光介质中泵浦光的能量分布一方面决定了激光介质中的增益分布，另一方面还决定了激光介质中的热效应分布，二者从两个不同的侧面影响着固体激光器的性能，因此，泵浦光耦合是固体激光器的一项关键技术。随着激光功率水平的提高，泵浦光强度增大，其产生的增益分布效应和热效应对激光器功率、光束质量的影响更加突出。为了进一步提高固体激光器性能，必须对泵浦光的能量分布进行精细调控，使其分布形式有利于固体激光器输出高的功率和好的光束质量。

目前常用的泵浦光耦合系统采用透镜组实现对泵浦光的整形变换，整形后对光束进行汇聚，用汇聚光束的焦斑对激光介质进行端面泵浦。这种只由透镜构成的泵浦光耦合系统产生的泵浦光斑，能量分布由光学系统的汇聚性质决定，分布形式单一。要对泵浦光斑进行调整时，只能通过对某个或某几个透镜位置的机械调整实现对泵浦光斑位置和大小的微调，无法对光斑中能量的分布根据激光器工作的需要进行精细、多样化的调控，这难以满足目前高功率固体激光器对泵浦光分布调控的需求。因此，发展一种对泵浦光分布进行精细调控的方法对固体激光器性能的提升具有重要的价值。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种端面泵浦固体激光器中对泵浦光精细调控的方法，以解决上述技术问题。

为实现上述目的本发明采用以下技术方案：

一种端面泵浦固体激光器中对泵浦光精细调控的方法，在常用的泵浦光透镜耦合系统中加入声光调制盘，利用声光衍射产生的衍射光的角度与超声波波长成正比、衍射光的功率与超声波功率成正比的关系，对泵浦光的能量分布进行精细调控。

一种端面泵浦固体激光器中对泵浦光精细调控的方法，该方法的具体步骤如下：

1)、由光纤输出激光二极管泵浦光束采用常用的透镜变换法变换为平行光束；

2)、平行光束进入声光调制圆盘进行声光衍射，经声光调制后形成沿不同方向传播的泵浦光束，声光调制形成的沿不同方向传播的光束经透镜聚焦于透镜的焦平面上，传播方向不同的光束汇聚于焦平面上的不同位置形成汇聚光斑，用该光斑作为泵浦光斑对激光介质进行端面泵浦；

3)、对固体激光器进行端面泵浦时，预先确定需要的超声波波长数目、波长值及其对应的超声功率大小，通过驱动电源加载到声光调制圆盘上，在汇聚透镜的焦平面上形成初步的泵浦光斑分布，用其进行泵浦；

4)、依据固体激光器工作时对泵浦光斑能量分布精细调控的需要，进一步调整各个超声波的波长值及其对应的超声功率，精细调控泵浦光斑的能量分布，直到获得接近要求的泵浦光斑能量分布为止。

作为本案发明进一步方案，为了在声光调制圆盘中产生沿径向传播的超声波，在声光材料的中心区域布置数个压电换能器(pzt)，每个压电换能器产生沿半径方向传播的超声波，多个pzt组合起来在圆盘中形成沿径向传播的环形超声波。通常，pzt需要由射频电源驱动，为了在圆盘中形成相位一致的超声波，本方案中各个pzt由同一个射频电源驱动。

作为本案发明进一步方案，对某个波长的超声波而言，其波长大小决定了泵浦光经其衍射后的传播方向、其超声功率决定了衍射光的功率，控制超声波的波长可控制泵浦光的传播方向，控制该波长的超声功率可控制对应传播方向上泵浦光的能量大小，通过调整加载超声波长的数目、波长的大小及每个波长对应的超声功率精确调整声光调制圆盘调制后的泵浦光形式。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)声光衍射形成的衍射光的角度与泵浦光波长与超声波波长的比例有关，该比值大约在10^-3量级，因此，本发明所提方法调控泵浦光分布的精细度很高。

(2)需要的超声波参数可通过pzt的驱动电源灵活产生，因此，该方法可调控产生的泵浦光分布形式十分多样，可根据激光器工作的需要进行调整。

(3)本方案只通过超声波参数调控泵浦光分布，调控过程中没有任何机械运动，调整速度快，稳定可靠。

附图说明

图1为泵浦光分布声光精细调控的系统结构示意图。

图2为声光调制圆盘的结构图。

图中：1、光纤，2、声光调制圆盘，3、透镜a，4、透镜b，5、声光材料，6、pzt。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细阐述。

一种端面泵浦固体激光器中对泵浦光精细调控的方法，具体步骤如下：

1)、由光纤1输出激光二极管泵浦光束采用常用的透镜a3变换法变换为平行光束；

2)、平行光束进入声光调制圆盘进行声光衍射，经声光调制后形成沿不同方向传播的泵浦光束，如图1中画出了3个超声波长，产生3个不同传播方向光束的情形；声光调制形成的沿不同方向传播的光束经透镜b4聚焦于透镜b4的焦平面上，传播方向不同的光束汇聚于焦平面上的不同位置形成汇聚光斑，用该光斑作为泵浦光斑对激光介质进行端面泵浦；

为了在声光调制圆盘中产生沿径向传播的超声波，如图2所示，在声光材料5的中心区域布置数个压电换能器(pzt)6，每个压电换能器产生沿半径方向传播的超声波，多个pzt6组合起来在圆盘中形成沿径向传播的环形超声波。通常，pzt6需要由射频电源驱动，为了在圆盘中形成相位一致的超声波，本方案中各个pzt6由同一个射频电源驱动。

3)、对固体激光器进行端面泵浦时，预先确定需要的超声波波长数目、波长值及其对应的超声功率大小，通过驱动电源加载到声光调制圆盘2上，在汇聚透镜b4的焦平面上形成初步的泵浦光斑分布，用其进行泵浦；

4)、依据固体激光器工作时对泵浦光斑能量分布精细调控的需要，进一步调整各个超声波的波长值及其对应的超声功率，精细调控泵浦光斑的能量分布，直到获得接近要求的泵浦光斑能量分布为止。

对某个波长的超声波而言，其波长大小决定了泵浦光经其衍射后的传播方向、其超声功率决定了衍射光的功率，控制超声波的波长可控制泵浦光的传播方向，控制该波长的超声功率可控制对应传播方向上泵浦光的能量大小，通过调整加载超声波长的数目、波长的大小及每个波长对应的超声功率精确调整声光调制圆盘调制后的泵浦光形式。

以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种端面泵浦固体激光器中对泵浦光精细调控的方法，在常用的泵浦光透镜耦合系统中加入声光调制盘，利用声光衍射产生的衍射光的角度与超声波波长成正比、衍射光的功率与超声波功率成正比的关系，对泵浦光的能量分布进行精细调控。本发明所提方法调控泵浦光分布的精细度很高。该方法可调控产生的泵浦光分布形式十分多样，可根据激光器工作的需要进行调整。本发明只通过超声波参数调控泵浦光分布，调控过程中没有任何机械运动，调整速度快，稳定可靠。

技术研发人员：连天虹;寇科;刘健宁;邢俊红;刘芸;焦明星
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：2017.12.13
技术公布日：2018.05.18