一种基于往返探测的腔内倾斜像差主动补偿装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是激光器技术领域，尤其是一种基于往返探测的腔内倾斜像差主动 补偿装置。
【背景技术】
[0002] 在激光器工作时腔内各种扰动，如增益密度的非对称分布、工作物质、腔镜热变 形、装夹机构变形及环境气体热对流等均会导致谐振腔光轴倾斜，从而影响腔模式分布，将 直接带来输出功率和输出光束质量的下降。更严重的，腔内倾斜的出现会改变激光模式，造 成激光器热分布不均，热分布不均又会产生新的倾斜，使腔难于稳定。动态的倾斜会给激光 器的调试带来困难，特别是在失调灵敏度较高的非稳腔激光器中，倾斜像差的影响更加明 显，严重影响激光输出功率和输出光束质量。
[0003] 为了改善腔内倾斜像差对激光器带来的不利影响，可以从三个方面入手。第一个 方面是尽可能的降低和避免引入腔内倾斜像差，具体包括采用高速流动的低压气体增益介 质或采用非约束封装且均匀冷却的固体介质、提高泵浦均匀性、增强支架稳定性、降低环境 热扰动等，但是受限于工艺技术水平和应用需求，很多情况下腔内倾斜像差不能完全消除； 第二种方法则是选用失调灵敏度低的腔型，但这种腔型往往基模体积小，无法获得高光束 质量的激光输出，具有一定局限性；第三个方面是采用主动倾斜补偿，本发明也属于这一范 畴。
[0004] 常见的主动倾斜补偿方法均是基于输出功率最大值、单程测量波面倾斜信息等进 行主动补偿。对于腔内倾斜像差不大的激光器，往往使用基于输出功率极值调节腔镜补偿 倾斜，这种方法具有很强的盲目性，无法建立二维的闭环机制，容易因局部极值点影响最终 补偿结构，且响应速度慢、频率低，难于用于倾斜随时间变化或抖动的谐振腔。在使用基于 单程测量的倾斜补偿时，因为腔内存在倾斜像差不仅会带来光轴的倾斜还会带来光瞳的偏 移，补偿后沿光轴传输但光瞳偏移的光束被带有曲率的腔镜反射后会引入新的倾斜，因此 在单程探测补偿中，需要使用双折镜关联补偿，其控制及算法复杂、不易控制、难于实现。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种基于往返探测的腔 内倾斜像差主动补偿装置的技术方案，该方案采用补偿折镜校正谐振腔腔内倾斜像差，能 够对各种类型增益介质的激光器，稳腔以及非稳腔激光器进行腔内倾斜像差补偿，激光器 可为连续激光器也可为脉冲型激光器，具有较强的通用性和普适性。此外，该装置谐振腔内 插入元件少、插入损耗小，对腔内元件偏振特性无要求。同时，该装置实现容易、设计灵活、 成本低、调试方便。
[0006] 本方案是通过如下技术措施来实现的：
[0007] -种基于往返探测的腔内倾斜像差主动补偿装置，包括有第一腔镜、第二腔镜、校 正元件、倾斜元件、探测光源、探测光导出镜、探测光导入镜、远场探测器、聚焦镜、校正元件 控制器；第一腔镜、第二腔镜、校正元件和倾斜元件组成激光谐振腔；第一腔镜和第二腔镜 相对设置在激光谐振腔的两端且与激光光轴垂直；校正元件和倾斜元件设置在第一腔镜和 第二腔镜之间；探测光导入镜和探测光导出镜设置在激光谐振腔内；探测光导入镜能够将 探测光光源发出的探测光导入激光谐振腔；探测光导出镜能够将激光谐振腔中的探测光导 出到聚焦镜后射入远场探测器；远场探测器设置在聚焦镜的焦面上；探测光导入镜和探测 光导出镜均为平面镜且一面镀有针对激光的増透膜和针对探测光的部分反射膜，另一面镀 有针对激光的増透膜和针对探测光的増透膜，激光光轴穿过探测光导入镜和探测光导出镜 且光轴与镜面之间有一定夹角，激光通过探测光导入镜和探测光导出镜时传输方向不发生 变化；探测光的波长与激光谐振腔内的激光波长不一致；校正元件控制器能够根据远场探 测器接收的光斑信号控制校正元件对激光谐振腔内的倾斜相差进行校正；校正元件为补偿 折镜；探测光在探测光导入镜前的曲率半径与激光谐振腔内的激光相匹配。
[0008] 作为本方案的优选：远场探测器为远场⑶D或四象限仪。
[0009] 作为本方案的优选：激光谐振腔中还包括有耦合输出镜。
[0010] 作为本方案的优选：第一腔镜为平面镜或凹面镜，其镜面镀有针对激光波长的高 反膜或部分反射膜。
[0011] 作为本方案的优选：第二腔镜为平面镜或凹面镜，其镜面镀有针对激光波长的高 反膜或部分反射膜。
[0012] 作为本方案的优选：倾斜元件为具有倾斜像差的反射型增益介质或具有倾斜像差 的透射型增益介质。
[0013] 作为本方案的优选：校正元件的数量为一个或多个且能够放置在激光谐振腔内的 任意位置。
[0014] 作为本方案的优选：倾斜元件包括但不限于激光增益介质；增益介质为固体材料 或气体材料，介质类型为透射型或反射型。
[0015] 本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中采用补偿折镜 进行校正，可以同时校正激光光轴和激光光瞳，与谐振腔结构、增益介质特征等因素无关， 适用于各类稳腔及非稳腔、反射型增益介质及透射型增益介质，具有很强的普适性，可以对 腔内具有较强的倾斜像差进行主动光学校正，提高激光器稳定性，并提高输出激光的光束 质量。
[0016] 由此可见，本发明与现有技术相比，具有实质性特点和进步，其实施的有益效果也 是显而易见的。
【附图说明】
[0017] 图1为本发明腔内使用反射型倾斜元件的平凹稳定腔示意图。
[0018] 图2为本发明腔内使用透射型倾斜元件的正支共焦非稳腔示意图。
[0019] 图3为本发明腔内倾斜的谐振腔往返探测光传输特性原理示意图。
[0020]图4为本发明腔内倾斜的谐振腔补偿后往返探测光传输特性原理示意图。
[0021] 图中，1为第一腔镜，2为校正元件，3为倾斜元件，3-1、3-2…3-i…3-N为腔内各倾 斜元件，4为探测光导出镜，5为探测光导入镜，6为探测光源，7为聚焦镜，8为远场探测器， 9为探测光束，10为输出激光束，11为耦合输出镜，12为校正元件控制器，13为第二腔镜。
【具体实施方式】
[0022] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0023] 本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0024] 本装置的原理由图1可看出在腔内存在倾斜像差的情况时，探测光源6发出的探 测光束9经过导入镜5导入后与激光同轴，经第一腔镜1反射后，沿光轴返回并通过腔内各 元件到第二腔镜13,第一腔镜1与第二腔镜13距离为L。光在此传输期间经过N个倾斜元 件而使光束发生倾斜，每个倾斜元件的倾斜量分别为％，其中i G [1，N]，并每个倾斜元件 分别与第一腔镜1距离为Ii, i e [1，N]。故所有倾斜元件总倾斜量X = 到第一腔 镜1上总光瞳移动量^ = 将所有倾斜元件等效为一个倾斜元件3,其等效倾斜量为 A，等效位置L1= S/A。此时探测光到达第一腔镜1时与光轴夹角为〇 i=A，偏离光轴中心 的距离A1= AL1。光束经过曲率半径为R的第一腔镜1反射后，主光线与光轴夹角为Ci1 =〇 i-2 A 1；/R，反射后光束再次经过倾斜元件3,并传输到第二腔镜13处时，光束与光轴夹 角为a2= a i+A，其光瞳偏移量为A2= A ^a1L1，这一探测光束在回到第二腔镜13前被 探测光导出镜4导出并经过聚焦透镜7,最终被远场探测器8探测。由上述表达式可知道， a 2= ZA(R-L1)A, A2= ZAL1(R-L1)A,故当存在腔内倾斜量A时，光束既发生与光轴夹角 的偏移，又发生了光瞳的偏移。
[0025] 如图2为在腔中加入校正元件的情况，在谐振腔中距离第一腔镜1为1^ 2处放入校 正元件2,校正量为B。（其中L# L 2无相关性，图中画出为L AL2的图示），探测光束9镜 探测光导入镜5导入后与激光同轴，经第二腔镜13反射后，沿光轴返回并通过腔内各元件 到第一腔镜1，期间经过等效