一種基于往返探測(cè)的腔內(nèi)傾斜像差主動(dòng)補(bǔ)償裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及的是激光器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于往返探測(cè)的腔內(nèi)傾斜像差 主動(dòng)補(bǔ)償裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在激光器工作時(shí)腔內(nèi)各種擾動(dòng)，如增益密度的非對(duì)稱(chēng)分布、工作物質(zhì)、腔鏡熱變 形、裝夾機(jī)構(gòu)變形及環(huán)境氣體熱對(duì)流等均會(huì)導(dǎo)致諧振腔光軸傾斜，從而影響腔模式分布，將 直接帶來(lái)輸出功率和輸出光束質(zhì)量的下降。更嚴(yán)重的，腔內(nèi)傾斜的出現(xiàn)會(huì)改變激光模式，造 成激光器熱分布不均，熱分布不均又會(huì)產(chǎn)生新的傾斜，使腔難于穩(wěn)定。動(dòng)態(tài)的傾斜會(huì)給激光 器的調(diào)試帶來(lái)困難，特別是在失調(diào)靈敏度較高的非穩(wěn)腔激光器中，傾斜像差的影響更加明 顯，嚴(yán)重影響激光輸出功率和輸出光束質(zhì)量。
[0003] 為了改善腔內(nèi)傾斜像差對(duì)激光器帶來(lái)的不利影響，可W從=個(gè)方面入手。第一個(gè) 方面是盡可能的降低和避免引入腔內(nèi)傾斜像差，具體包括采用高速流動(dòng)的低壓氣體增益介 質(zhì)或采用非約束封裝且均勻冷卻的固體介質(zhì)、提高累浦均勻性、增強(qiáng)支架穩(wěn)定性、降低環(huán)境 熱擾動(dòng)等，但是受限于工藝技術(shù)水平和應(yīng)用需求，很多情況下腔內(nèi)傾斜像差不能完全消除； 第二種方法則是選用失調(diào)靈敏度低的腔型，但運(yùn)種腔型往往基模體積小，無(wú)法獲得高光束 質(zhì)量的激光輸出，具有一定局限性；第=個(gè)方面是采用主動(dòng)傾斜補(bǔ)償，本實(shí)用新型也屬于運(yùn) 一范疇。
[0004] 常見(jiàn)的主動(dòng)傾斜補(bǔ)償方法均是基于輸出功率最大值、單程測(cè)量波面傾斜信息等進(jìn) 行主動(dòng)補(bǔ)償。對(duì)于腔內(nèi)傾斜像差不大的激光器，往往使用基于輸出功率極值調(diào)節(jié)腔鏡補(bǔ)償 傾斜，運(yùn)種方法具有很強(qiáng)的盲目性，無(wú)法建立二維的閉環(huán)機(jī)制，容易因局部極值點(diǎn)影響最終 補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，且響應(yīng)速度慢、頻率低，難于用于傾斜隨時(shí)間變化或抖動(dòng)的諧振腔。在使用基于 單程測(cè)量的傾斜補(bǔ)償時(shí)，因?yàn)榍粌?nèi)存在傾斜像差不僅會(huì)帶來(lái)光軸的傾斜還會(huì)帶來(lái)光瞳的偏 移，補(bǔ)償后沿光軸傳輸?shù)馔频墓馐粠в星实那荤R反射后會(huì)引入新的傾斜，因此 在單程探測(cè)補(bǔ)償中，需要使用雙折鏡關(guān)聯(lián)補(bǔ)償，其控制及算法復(fù)雜、不易控制、難于實(shí)現(xiàn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的，就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，而提供一種基于往返探測(cè) 的腔內(nèi)傾斜像差主動(dòng)補(bǔ)償裝置的技術(shù)方案，該方案采用補(bǔ)償折鏡校正諧振腔腔內(nèi)傾斜像 差，能夠?qū)Ω鞣N類(lèi)型增益介質(zhì)的激光器，穩(wěn)腔W及非穩(wěn)腔激光器進(jìn)行腔內(nèi)傾斜像差補(bǔ)償，激 光器可為連續(xù)激光器也可為脈沖型激光器，具有較強(qiáng)的通用性和普適性。此外，該裝置諧振 腔內(nèi)插入元件少、插入損耗小，對(duì)腔內(nèi)元件偏振特性無(wú)要求。同時(shí)，該裝置實(shí)現(xiàn)容易、設(shè)計(jì)靈 活、成本低、調(diào)試方便。
[0006] 本方案是通過(guò)如下技術(shù)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)的：
[0007] -種基于往返探測(cè)的腔內(nèi)傾斜像差主動(dòng)補(bǔ)償裝置，包括有第一腔鏡、第二腔鏡、校 正元件、傾斜元件、探測(cè)光源、探測(cè)光導(dǎo)出鏡、探測(cè)光導(dǎo)入鏡、遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)器、聚焦鏡、校正元件 控制器；第一腔鏡、第二腔鏡、校正元件和傾斜元件組成激光諧振腔；第一腔鏡和第二腔鏡 相對(duì)設(shè)置在激光諧振腔的兩端且與激光光軸垂直；校正元件和傾斜元件設(shè)置在第一腔鏡和 第二腔鏡之間；探測(cè)光導(dǎo)入鏡和探測(cè)光導(dǎo)出鏡設(shè)置在激光諧振腔內(nèi)；探測(cè)光導(dǎo)入鏡能夠?qū)?探測(cè)光光源發(fā)出的探測(cè)光導(dǎo)入激光諧振腔；探測(cè)光導(dǎo)出鏡能夠?qū)⒓す庵C振腔中的探測(cè)光導(dǎo) 出到聚焦鏡后射入遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)器；遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)器設(shè)置在聚焦鏡的焦面上；探測(cè)光導(dǎo)入鏡和探測(cè) 光導(dǎo)出鏡均為平面鏡且一面鍛有針對(duì)激光的増透膜和針對(duì)探測(cè)光的部分反射膜，另一面鍛 有針對(duì)激光的増透膜和針對(duì)探測(cè)光的増透膜，激光光軸穿過(guò)探測(cè)光導(dǎo)入鏡和探測(cè)光導(dǎo)出鏡 且光軸與鏡面之間有一定夾角，激光通過(guò)探測(cè)光導(dǎo)入鏡和探測(cè)光導(dǎo)出鏡時(shí)傳輸方向不發(fā)生 變化；探測(cè)光的波長(zhǎng)與激光諧振腔內(nèi)的激光波長(zhǎng)不一致；校正元件控制器能夠根據(jù)遠(yuǎn)場(chǎng)探 測(cè)器接收的光斑信號(hào)控制校正元件對(duì)激光諧振腔內(nèi)的傾斜相差進(jìn)行校正；校正元件為補(bǔ)償 折鏡；探測(cè)光在探測(cè)光導(dǎo)入鏡前的曲率半徑與激光諧振腔內(nèi)的激光相匹配。
[0008] 作為本方案的優(yōu)選：遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)器為遠(yuǎn)場(chǎng)CDD或四象限儀。
[0009] 作為本方案的優(yōu)選：激光諧振腔中還包括有禪合輸出鏡。
[0010] 作為本方案的優(yōu)選：第一腔鏡為平面鏡或凹面鏡，其鏡面鍛有針對(duì)激光波長(zhǎng)的高 反膜或部分反射膜。
[0011] 作為本方案的優(yōu)選：第二腔鏡為平面鏡或凹面鏡，其鏡面鍛有針對(duì)激光波長(zhǎng)的高 反膜或部分反射膜。
[0012] 作為本方案的優(yōu)選：傾斜元件為具有傾斜像差的反射型增益介質(zhì)或具有傾斜像差 的透射型增益介質(zhì)。
[0013] 作為本方案的優(yōu)選：校正元件的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)且能夠放置在激光諧振腔內(nèi)的 任意位置。
[0014] 作為本方案的優(yōu)選：傾斜元件包括但不限于激光增益介質(zhì)；增益介質(zhì)為固體材料 或氣體材料，介質(zhì)類(lèi)型為透射型或反射型。
[0015] 本方案的有益效果可根據(jù)對(duì)上述方案的敘述得知，由于在該方案中采用補(bǔ)償折鏡 進(jìn)行校正，可W同時(shí)校正激光光軸和激光光瞳，與諧振腔結(jié)構(gòu)、增益介質(zhì)特征等因素?zé)o關(guān)， 適用于各類(lèi)穩(wěn)腔及非穩(wěn)腔、反射型增益介質(zhì)及透射型增益介質(zhì)，具有很強(qiáng)的普適性，可W對(duì) 腔內(nèi)具有較強(qiáng)的傾斜像差進(jìn)行主動(dòng)光學(xué)校正，提高激光器穩(wěn)定性，并提高輸出激光的光束 質(zhì)量。
[0016] 由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步，其實(shí)施的有益效 果也是顯而易見(jiàn)的。
【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1為本實(shí)用新型腔內(nèi)使用反射型傾斜元件的平凹穩(wěn)定腔示意圖。
[0018] 圖2為本實(shí)用新型腔內(nèi)使用透射型傾斜元件的正支共焦非穩(wěn)腔示意圖。
[0019] 圖3為本實(shí)用新型腔內(nèi)傾斜的諧振腔往返探測(cè)光傳輸特性原理示意圖。
[0020] 圖4為本實(shí)用新型腔內(nèi)傾斜的諧振腔補(bǔ)償后往返探測(cè)光傳輸特性原理示意圖。
[0021] 圖中，1為第一腔鏡，2為校正元件，3為傾斜元件，3-1、3-2…3-i-S-N為腔內(nèi)各傾 斜元件，4為探測(cè)光導(dǎo)出鏡，5為探測(cè)光導(dǎo)入鏡，6為探測(cè)光源，7為聚焦鏡，8為遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)器， 9為探測(cè)光束，10為輸出激光束，11為禪合輸出鏡，12為校正元件控制器，13為第二腔鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，或公開(kāi)的所有方法或過(guò)程中的步驟，除了互相排斥 的特征和/或步驟W外，均可WW任何方式組合。
[0023] 本說(shuō)明書(shū)（包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖）中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類(lèi)似目的的替代特征加W替換。目P，除非特別敘述，每個(gè)特征只 是一系列等效或類(lèi)似特征中的一個(gè)例子而已。
[0024] 本裝置的原理由圖1可看出在腔內(nèi)存在傾斜像差的情況時(shí)，探測(cè)光源6發(fā)出的探 測(cè)光束9經(jīng)過(guò)導(dǎo)入鏡5導(dǎo)入后與激光同軸，經(jīng)第一腔鏡1反射后，沿光軸返回并通過(guò)腔內(nèi)各 元件到第二腔鏡13,第一腔鏡1與第二腔鏡13距離為L(zhǎng)。光在此傳輸期間經(jīng)過(guò)N個(gè)傾斜元 件而使光束發(fā)生傾斜，每個(gè)傾斜元件的傾斜量分別為ai，其中iG[1，閑，并每個(gè)傾斜元件 分別與第一腔鏡1距離為Ii,iG[1，閑。故所有傾斜元件總傾斜量^ = ",?，到第一腔 鏡1上總光瞳移動(dòng)量>將所有傾斜元件等效為一個(gè)傾斜元件3,其等效傾斜量為 A，等效位置Li=S/A。此時(shí)探測(cè)光到達(dá)第一腔鏡1時(shí)與光軸夾角為O1=A，偏離光軸中屯、 的距離A1=AL1。光束經(jīng)過(guò)曲率半徑為R的第一腔鏡1反射后，主光線與光軸夾角為a1 =曰1-2Ai/R，反射后光束再次經(jīng)過(guò)傾斜元件3,并傳輸?shù)降诙荤R13處時(shí)，光束與光軸夾 角為a2=a1+A，其光瞳偏移量為Az=A1+a山，運(yùn)一探測(cè)光束在回到第二腔鏡13前被 探測(cè)光導(dǎo)出鏡4導(dǎo)出并經(jīng)過(guò)聚焦透鏡7,最終被遠(yuǎn)場(chǎng)探測(cè)器8探測(cè)。由上述表達(dá)式可知道， 曰2= 2A(R-Li)/R，Az= 2ALI(R-Li)/R，故當(dāng)存在腔內(nèi)傾斜量A時(shí)，光束既發(fā)生與光軸夾角 的偏移，又發(fā)生了光瞳的偏移。
[00巧]如圖2為在腔中加入校正元件的情況，在諧振腔中距離第一腔鏡1為L(zhǎng)z處放入校 正元件2,校正量為B。（其中Li與L2無(wú)相關(guān)性，圖中畫(huà)出為L(zhǎng)1乂2的圖示），探測(cè)光束9鏡 探測(cè)光導(dǎo)入鏡5導(dǎo)入后與激光同軸，經(jīng)第二腔鏡13反射后，沿光軸返回并通過(guò)腔內(nèi)各元件 到第一腔鏡1，期間經(jīng)過(guò)等效的傾斜