一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器及输出方法

本发明涉及激光器，具体涉及一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器及输出方法。

背景技术：

1、激光器是一种广泛应用于医疗、通信、材料加工等领域的重要光源，在应用中，光斑的对称性对激光光束质量影响极大。然而，无水无风冷激光器只能采用传到冷却，散热能力较差，严重的热效应导致输出的激光光斑呈长条状或月牙状，其光束质量和对称性较差。此外，光学元件的不完美性以及激光介质的散射也会对输出激光光斑对称性产生负面影响，进一步导致输出激光光束质量变差。

2、目前，改善激光输出光斑对称性的方法主要有限制激光模式法和改善泵浦光场对称性等方法。限制激光模式法需要在激光器系统中引入额外的光学元件，增加了系统的复杂性和成本，还会导致输出功率降低。改善泵浦光场对称性要求泵浦光进入到增益介质内部具有良好的对称性。这对于无主动散热的小型化激光器系统是难以实现的。因此，亟需一种适用无水无风冷激光器的改善光斑对称性的技术手段。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器及输出方法。一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器包括直角棱镜、增益介质、可饱和吸收体、泵浦模块、输出镜；

2、其中沿光路方向由左至右依次放置直角棱镜、增益介质、可饱和吸收体、输出镜；

3、泵浦模块平行放置于增益介质正上方；

4、在初始状态下，直角棱镜的底面与增益介质的端面平行且与工作光路垂直，直角棱镜的屋脊面与底面成45度；

5、输出镜的输出面与增益介质的端面平行放置；

6、所述直角棱镜与输出镜组成谐振腔；

7、进一步的，所述直角棱镜中的各反射面均镀有输出激光波长的全反射膜。

8、进一步的，所述增益介质的两端镀有输出激光波长的增透膜。

9、进一步的，所述输出镜镀有输出波长的增透膜。

10、进一步的，所述可饱和吸收体为cr4+:yag晶体。

11、进一步的，所述增益介质为nd:yag晶体。

12、进一步的本发明提供的一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器还包括45度分光镜、ccd相机、信息处理装置、步进电机驱动器、数据线、步进电机。

13、所述45度分光镜对出射激光进行分光，一路垂直向上射出，一路水平射出。

14、所述ccd相机接收45度分光镜分出的垂直方向激光，并通过数据线与信息处理装置相连。

15、所述信息处理装置通过数据线依次与步进电机驱动器、步进电机相连；

16、所述步进电机通过云台与直角棱镜相连，使直角棱镜的屋脊面与底面可以沿工作光路方向旋转，和/或使直角棱镜平移以调节谐振腔的腔长；

17、所述步进电机为三自由度步进电机，能够实现直角棱镜的俯仰角、横滚角以及平移调节。

18、根据本发明的另一方面，提供利用上述激光器输出激光及光斑叠加匀化的方法，所述方法包括如下步骤：

19、s1：泵浦模块发出泵浦光，侧面泵浦增益介质；

20、s2：增益介质吸收泵浦光，发生能级跃迁，实现粒子数反转；

21、s3：可饱和吸收体初始透过率较低，激光谐振腔内损耗较大，不能形成激光振荡。

22、s4：在泵浦光作用下，增益介质中上能级粒子数不断增加，激光光强增加，可饱和吸收体的透过率增大，腔内损耗降低，激光在谐振腔内往复振荡。

23、s5：谐振腔内的激光经直角棱镜反射，光斑旋转90度。

24、s6：输出镜输出的激光经45度分光镜射入ccd相机，ccd相机监测出射激光光斑形状，并实时传递信息给信息处理装置，信息处理装置评价输出激光光斑对称性。

25、s7：当信息处理装置判断出输出激光光斑不对称时，信息处理装置传递信号给步进电机驱动器，步进电机驱动器控制步进电机转动相应的角度，和/或平移相应的距离。

26、s8：当信息处理装置判断出输出激光光斑对称时，直角棱镜调节至最终状态，输出激光光斑得到优化。

27、本发明的有益效果是：由于侧面泵浦中从增益介质出射的光斑并不是均匀的圆光斑，而是长条状或月牙状。本发明通过将光学谐振腔中的全反镜替换为直角棱镜，且直角棱镜的直角边与竖直方向成45度。谐振腔内激光经直角棱镜反射后，光斑发生90度旋转，光斑对称性得到改善。进一步，本发明还增加了ccd相机和步进电机，依据输出光斑对称性实时调整直角棱镜旋转角度。本发明提供了一种结构简单、成本低廉的改善光斑对称性的技术方案。

28、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

技术特征：

1.一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述直角棱镜（1）中的各反射面均镀有输出激光波长的全反射膜。

3.根据权利要求1所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述增益介质（2）的两端镀有输出激光波长的增透膜。

4.根据权利要求1所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述步进电机（11）为三自由度步进电机，能够实现直角棱镜（1）的俯仰角、横滚角以及平移调节。

5.根据权利要求1所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述输出镜（5）镀有输出波长的增透膜。

6.根据权利要求3所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述可饱和吸收体（3）为cr4+:yag晶体。

7.根据权利要求5所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述增益介质（2）为nd:yag晶体。

8.一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器的输出方法，采用了如权利要求1-7任一项所述的光斑叠加匀化无水无风冷激光器，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种光斑叠加匀化无水无风冷激光器及输出方法。其中水平方向依次放置直角棱镜、增益介质、可饱和吸收体、输出镜；泵浦模块平行放置于增益介质正上方；直角棱镜的底面与增益介质的端面平行，直角棱镜的屋脊与竖直方向成45度；输出镜的输出面与增益介质的端面平行放置。所述直角棱镜与输出镜组成谐振腔。本发明提供了一种结构简单、成本低廉的改善光斑对称性的技术方案。

技术研发人员：于永吉,刘航,王超,姚晓岱,陈薪羽,金光勇
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15