專(zhuān)利名稱(chēng)：在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生成光闌的方法，尤其涉及一種在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法。
背景技術(shù)：
對(duì)于提高固體激光器輸出激光光束質(zhì)量的方法，往往是在激光器腔里增加光闌限制高階模振蕩，只允許基模振蕩，從而得到近衍射極限的激光輸出，從而大大提高輸出激光的光束質(zhì)量。但在腔內(nèi)增加傳統(tǒng)的機(jī)械光闌時(shí)，存在機(jī)械光闌中心難以與激光增益介質(zhì)中心精確對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題，這會(huì)使得輸出激光光束的截面中心未處于激光增益介質(zhì)中心，即激光增益最強(qiáng)部分，從而使得增益介質(zhì)提取效率下降，從而降低了固體激光器的光光轉(zhuǎn)換效率； 另外，機(jī)械光闌受激光熱輻射后容易變形，且機(jī)械定位容易走位，這些都影響了在腔內(nèi)增加了機(jī)械光闌的固體激光器的穩(wěn)定性。林尊琪等人在1979在“物理學(xué)報(bào)”上發(fā)表了“激光振蕩器中采用軟邊光闌技術(shù)”， 且凌磊等人提出了一種激光直接刻蝕制作軟邊光闌的方法，但其生成的光闌未處于增益介質(zhì)本身的通光端面上，實(shí)際運(yùn)用中，仍存在光闌中心難以與增益介質(zhì)中心精確對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題， 使得激光增益未被充分利用，且這個(gè)問(wèn)題在半導(dǎo)體激光泵浦固體激光器中猶為突出，這會(huì)大大降低其光光轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提供一種在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其中步驟①，根據(jù)固體激光器諧振腔的設(shè)計(jì)和ABCD矩陣，計(jì)算出該增益介質(zhì)上高斯光束基模激光班的半徑尺寸， 再由自孔徑選模條件得出所需通光孔徑的尺寸；步驟②，根據(jù)增益介質(zhì)鍍膜面的損傷閾值確定所需光強(qiáng)下限，并根據(jù)步驟①中得出的通光孔徑尺寸，由成像原理確定擋光圓塊的尺寸與擋光圓塊距離增益介質(zhì)端面的高度；步驟③，將增益介質(zhì)固定于夾具上，并使增益介質(zhì)的鍍膜表面與場(chǎng)鏡的焦平面重合，然后調(diào)節(jié)增益介質(zhì)的X、Y軸位置，使增益介質(zhì)的端面中心與擋光圓塊中心重合；步驟④，運(yùn)行激光器觸發(fā)光束偏轉(zhuǎn)鏡，使激光進(jìn)行陣列式掃描， 令光束經(jīng)場(chǎng)鏡聚集后照射在增益介質(zhì)端面膜層，使得未被擋光塊遮擋部分的鍍膜面膜層損傷；步驟⑤，以擋光圓塊中心垂直線為軸，旋轉(zhuǎn)擋光圓塊支撐部分，使步驟④中擋光圓塊支持部分遮擋住的光在此步驟中可以得到照射，從而生成整個(gè)圓形孔徑光闌。上述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其中所述的光束偏轉(zhuǎn)鏡采用數(shù)字邏輯電路控制，且通光孔徑的尺寸由擋光圓塊大小及擋光圓塊的Z軸高度決定。進(jìn)一步地，上述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其中所述擋光圓塊的Z軸高度通過(guò)螺旋桿調(diào)節(jié)。更進(jìn)一步地，上述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其中所述的孔徑光闌由增益介質(zhì)表面膜層損傷生成；或是，孔徑光闌由增益介質(zhì)基質(zhì)表面自身?yè)p傷生成。更進(jìn)一步地，上述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其中所述的增益介質(zhì)表面膜層損傷是采用激光一次陣列式掃描所引起；或是，采用激光多次陣列式掃描所引起。再進(jìn)一步地，上述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其中所述的增益介質(zhì)基質(zhì)材料是晶體。本發(fā)明技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在在兩次激光陣列式掃描過(guò)程中，增益介質(zhì)的通光面前后兩次被擋光圓塊支撐架所遮擋部分只被掃描到一次，但其造成的增益介質(zhì)端面損傷所引起的腔內(nèi)損耗均已超過(guò)腔內(nèi)增益，所以被激光照射部分高階模不能起振，起到了提高激光器輸出激光光束質(zhì)量的作用。由此可見(jiàn)，本發(fā)明為本領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步拓展了空間， 實(shí)施效果好。


本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，將通過(guò)下面優(yōu)選實(shí)施例的非限制性說(shuō)明進(jìn)行圖示和解釋。這些實(shí)施例僅是應(yīng)用本發(fā)明技術(shù)方案的典型范例，凡采取等同替換或者等效變換而形成的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。這些附圖當(dāng)中，圖1是增益介質(zhì)夾具的構(gòu)造示意圖；圖2是激光陣列掃描示意圖；圖3是增益介質(zhì)通光端面上生成的孔徑光闌示意圖。
具體實(shí)施例方式在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特別之處在于包括以下步驟首先，根據(jù)固體激光器諧振腔的設(shè)計(jì)，計(jì)算出該增益介質(zhì)上高斯光束基模激光班的半徑尺寸，從而得出通光孔徑的尺寸。接著，根據(jù)增益介質(zhì)鍍膜面的損傷閾值確定所需光強(qiáng)下限。同時(shí)，根據(jù)先前中得出的通光孔徑尺寸，確定擋光圓塊的尺寸與擋光圓塊距離增益介質(zhì)端面的高度。之后，將增益介質(zhì)固定于夾具上，并使增益介質(zhì)的鍍膜面表與場(chǎng)鏡的焦平面重合。 然后調(diào)節(jié)增益介質(zhì)的χ、γ軸位置，使增益介質(zhì)的端面中心與擋光圓塊中心重合。隨即，運(yùn)行激光器觸發(fā)光束偏轉(zhuǎn)鏡所對(duì)應(yīng)的控制電路，使激光進(jìn)行陣列式掃描，令光束經(jīng)場(chǎng)鏡聚集后照射在增益介質(zhì)端面膜層，進(jìn)而使得未被擋光塊遮擋部分的鍍膜面膜層損傷。最后，以擋光圓塊中心垂直線為軸，旋轉(zhuǎn)擋光圓塊支撐部分，使先前擋光圓塊支持部分遮擋住的光在此步驟中可以得到照射，從而生成整個(gè)圓形孔徑光闌。 就本發(fā)明一較佳的實(shí)施方式來(lái)看，本發(fā)明中的光束偏轉(zhuǎn)鏡采用數(shù)字邏輯電路控制，且通光孔徑的尺寸由擋光圓塊大小及擋光圓塊的Z軸高度決定。具體來(lái)說(shuō)，擋光圓塊的 Z軸高度通過(guò)螺旋桿可以得到精確的調(diào)節(jié)。
進(jìn)一步來(lái)看，本發(fā)明中孔徑光闌由增益介質(zhì)表面膜層損傷生成；或是，孔徑光闌由增益介質(zhì)基質(zhì)表面自身?yè)p傷生成，均可以達(dá)到后續(xù)的加工使用需求。并且，增益介質(zhì)表面膜層損傷是采用激光一次陣列式掃描所引起；或是，采用激光多次陣列式掃描所引起。具體來(lái)說(shuō)，增益介質(zhì)膜層或增益介質(zhì)基質(zhì)表面的損傷不需要完全不透光，只需由于增益介質(zhì)膜層或增益介質(zhì)基質(zhì)表面的損傷引起的腔內(nèi)損耗大于腔內(nèi)增益，損傷部分激光不能振蕩即可。同時(shí)，考慮到具體實(shí)施方式
的不同，所采用的增益介質(zhì)基質(zhì)材料是晶體，也可以是非晶體，只要其能發(fā)揮有效的增益介質(zhì)作用，均可以被使用。結(jié)合本發(fā)明的具體實(shí)施方式
來(lái)看，本發(fā)明在激光器固體增益介質(zhì)通光端面上生成孔徑光闌的具體過(guò)程為根據(jù)固體激光器的諧振腔，由ABCD矩陣計(jì)算出增益介質(zhì)端面上的基模半徑尺寸，如平平對(duì)稱(chēng)諧振腔，兩腔鏡距增益介質(zhì)端面距離均為300mm，激光器工作狀態(tài)下增益介質(zhì)熱透鏡焦距長(zhǎng)為400mm，則根據(jù)ABCD矩陣計(jì)算出增益介質(zhì)通光端面上的基模半徑為0. 46mm。根據(jù)固體激光孔徑光闌的基模限制條件，孔徑光闌的半徑范圍為0. 69mm至 0. 92mm，視限模限模程度而定，取孔徑光闌半徑為0. 8mm。選用半徑為0. 75mm的擋光圓塊， 根據(jù)成像的幾何關(guān)系計(jì)算得出圓形光擋板距增益介質(zhì)端面高度應(yīng)該為6. 25mm。接著，擰開(kāi)圖1所示的增益介質(zhì)夾具中的鎖緊旋鈕5，將增益介質(zhì)4放入夾具中，使增益介質(zhì)4的端面處于場(chǎng)鏡焦平面內(nèi)，并鎖緊旋鈕5。通過(guò)精密調(diào)節(jié)X軸螺桿6和Y軸螺桿 7，使增益介質(zhì)4的中心與擋光圓塊3中心精確對(duì)準(zhǔn)。然后，適當(dāng)調(diào)節(jié)擋光圓塊Z軸高度調(diào)節(jié)螺桿1。使擋光圓塊3高出增益介質(zhì)中心 6. 25mm。打開(kāi)激光器，并觸發(fā)一次控制X、Y軸光束偏轉(zhuǎn)鏡的電路開(kāi)關(guān)，使激光進(jìn)行一次陣列式掃描，其掃描路徑如圖2所示，圖中的橫線為光束陣列掃描軌跡。接著，移動(dòng)擋光圓塊支撐架2，再使激光進(jìn)行一次陣列式掃描，使前一次陣列式掃描過(guò)程中，被擋光圓塊支撐架2所遮擋部分可以被激光掃描到，從而完成整個(gè)增益介質(zhì)4的通光端面孔徑光闌的制作，成品如圖3所示。并且，在實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中，掃描行與行之間的距離會(huì)較示意圖中的更小。通過(guò)上述的文字表述并結(jié)合附圖可以看出，采用本發(fā)明后，在兩次激光陣列式掃描過(guò)程中，增益介質(zhì)的通光面前后兩次被擋光圓塊支撐架所遮擋部分只被掃描到一次，但其造成的增益介質(zhì)端面損傷所引起的腔內(nèi)損耗均已超過(guò)腔內(nèi)增益，所以被激光照射部分高階模不能起振，起到了提高激光器輸出激光光束質(zhì)量的作用。
權(quán)利要求
1.在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特征在于包括以下步驟步驟①，根據(jù)固體激光器諧振腔的設(shè)計(jì)，由ABCD矩陣法計(jì)算出該增益介質(zhì)通光端面上高斯光束基模激光斑的半徑尺寸，再由基模半徑尺寸及自孔徑限模條件得出所需的通光孔徑的尺寸；步驟②，根據(jù)增益介質(zhì)鍍膜面的損傷閾值確定所需光強(qiáng)下限，并根據(jù)步驟①中得出的通光孔徑尺寸，結(jié)合成像原理確定擋光圓塊的尺寸與擋光圓塊距離增益介質(zhì)端面的高度；步驟③，將增益介質(zhì)固定于夾具上，并使增益介質(zhì)鍍膜面的面表與場(chǎng)鏡的焦平面重合， 然后調(diào)節(jié)增益介質(zhì)的X、Y軸位置，使增益介質(zhì)的端面中心與擋光圓塊中心重合；步驟④，運(yùn)行激光器觸發(fā)光束偏轉(zhuǎn)鏡，使激光進(jìn)行陣列式掃描，令光束經(jīng)場(chǎng)鏡聚集后照射在增益介質(zhì)端面膜層，使得未被擋光塊所遮擋部分的鍍膜面膜層損傷；步驟⑤，以擋光圓塊中心垂直線為軸，旋轉(zhuǎn)擋光圓塊支撐部分，使步驟④中擋光圓塊支持部分遮擋住的光在此步驟中可以得到照射，從而生成整個(gè)圓形孔徑光闌。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特征在于所述的光束偏轉(zhuǎn)鏡采用數(shù)字邏輯電路控制，且通光孔徑的尺寸由擋光圓塊大小及擋光圓塊的Z軸高度決定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特征在于所述擋光圓塊的Z軸高度通過(guò)螺旋桿調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特征在于所述的孔徑光闌由增益介質(zhì)表面鍍膜面膜層損傷生成；或是，孔徑光闌由增益介質(zhì)基質(zhì)表面自身?yè)p傷生成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特征在于所述的增益介質(zhì)表面膜層損傷是采用激光一次陣列式掃描所引起；或是，采用激光多次陣列式掃描所引起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法，其特征在于所述的增益介質(zhì)基質(zhì)材料是晶體或是非晶體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在固體激光器的固體增益介質(zhì)通光面上生成光闌的方法本發(fā)明將激光器輸出激光擴(kuò)束后進(jìn)入光束偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)，然后聚焦于增益介質(zhì)鍍膜表面將其損傷，限制激光通光孔徑，從而限制高階模振蕩，起到了提高輸出激光光束質(zhì)量的作用。此方法克服了固體激光器增加機(jī)械光闌時(shí)，光闌中心難以和增益介質(zhì)中心精確對(duì)準(zhǔn)及光闌受熱后容易產(chǎn)生形變和走位的問(wèn)題，且處理過(guò)程快捷方便、處理成本低廉。
文檔編號(hào)H01S3/00GK102386550SQ20101027138
公開(kāi)日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者程賢坤 申請(qǐng)人:蘇州天弘激光股份有限公司