本发明专利技术提供了一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置及方法的技术方案，该方案包括有激光增益模块、折射率匹配液、外窗口、第一机械固定件；激光增益模块包括有激光增益介质、第二机械固定件和内窗口；激光增益介质和内窗口固定在第二机械固定件上；内窗口和激光增益介质之间以及激光增益介质和激光增益介质之间的空间填充有冷却液；第一机械固定件设置在激光增益模块的外侧；外窗口设置在第一机械固定件上；外窗口与激光增益模块之间填充有折射率匹配液。该方案能够有效消除内窗口形变所导致的波前畸变。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是激光器模块像差消除技术，尤其是一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置及方法。
技术介绍
高能固体激光器在医疗、工业和军事领域有着重要的应用。然而激光器在运行时会产生大量的废热，这些废热往往会诱导许多热效应，比如热透镜效应，热致双折射效应和热应力等，这些热效应很大程度上限制了激光器功率的进一步提升以及造成光束质量的严重恶化。因此固体激光器的热管理在激光
显的尤为重要。近年来出现了许多新型的装置结构，用于实现对激光器的热管理，提高激光器的散热能力。直接液冷固体激光器就是在这样的大背景下出现的一种能够实现比较高效、及时散热的激光器。这类激光器通常由增益模块、栗浦源、谐振腔组成；增益模块通常由大孔径的增益介质，冷却液，单层窗口和机械固定件组成。多片增益介质平行放置，介质与介质之间充满液体，通常冷却液以一定的速度流动带走晶体产生的废热，增益模块两端由窗口密封。其优势在于增益介质完全浸没在冷却液中，冷却液通过外循环装置，迅速带走增益介质表面的余热，很好的实现热管理，同时增益介质可以数片乃至数十片的串接在一起与冷却液共同组成一个增益模块，整个增益模块体积可以非常小。同时由于激光是透射式通过整个增益模块，避免了传统固体增益介质(薄片、板条)焊接到冷却器时带来的表面形变，以及由于反射式提取带来的光轴漂移等诸多问题。如前文所述，由于是透射式模块，激光运行时将通过整个增益模块中的每一片增益介质和增益介质之间的流体以及窗口，而增益介质两旁是冷却液填充，因此，即使晶体在装夹时产生一定的形变，由于冷却液的折射率选择和晶体的折射率通常比较接近，光通过变形的晶体和冷却液后光程差基本没有变化，因此不会造成整个模块的波前畸变。这与增益模块的窗口不同，窗口内为冷却液而外层是直接与空气接触的，因此窗口发生形变将直接造成激光通过模块后光程差不再相同，即所谓的模块产生波前畸变。例如，当冷却液在模块内高速流动时，由于模块窗口承受了很大的压力而由平面变成了球面，此时整个模块类似于一个凸透镜，透镜里面是液体、增益介质和窗口，这三者折射率可以基本看成相等，而外面是空气，其折射率远小于上述三种物体。当激光通过此类类似于透镜的模块时会附加很大的离焦和球差相位。这就是激光器增益模块因窗口形变所造成波前畸变的成因。造成窗口形变的因素通常有两种，其一是装夹应力造成，其二是液体在流动时由于窗口承受很大的压力也会造成窗口形变。这些形变将导致直接液冷固体激光模块产生很大的波前畸变，影响激光器功率的输出。在激光器工作状态下，窗口形变造成的模块波前畸变有时甚至可以达到热对模块造成波前畸变的程度。特别是激光器在非稳腔工作模式下，其对光束质量的影响更是不可忽视。综上所述，如何减弱甚至消除激光器增益模块因窗口形变所造成的波前畸变至关重要。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对现有技术所存在的不足，而提供一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置及方法的技术方案，该方案能够有效消除内窗口形变所导致的波前畸变。本方案是通过如下技术措施来实现的: 一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置，包括有激光增益模块、折射率匹配液、外窗口、第一机械固定件；激光增益模块包括有激光增益介质、第二机械固定件和内窗口 ；激光增益介质和内窗口固定在第二机械固定件上；内窗口和激光增益介质之间的空间填充有冷却液；第一机械固定件设置在激光增益模块的外侧；外窗口设置在第一机械固定件上；外窗口与激光增益模块之间填充有折射率匹配液。作为本方案的优选:外窗口通过胶水黏结在第一机械固定件上。作为本方案的优选:外窗口的横向通光尺寸大于内窗口的横向通光尺寸。作为本方案的优选:激光增益介质为Nd = YAG晶体或Nd = YLF晶体。作为本方案的优选:冷却液为水或重水或四氯化碳液体；所述激光增益介质浸在冷却液中，冷却液流过激光增益介质表面。—种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的方法，包括以下步骤: 步骤一、选取外窗口，外窗口的横向通光口径要大于内窗口的横向通光口径，以确保通过内窗口的激光都能通过外窗口； 步骤二、用胶水将外窗口黏结在第一机械固定件上； 步骤三、将冷却液注入激光增益介质和内窗口之间的空间，并使冷却液保持循环流动； 步骤四、将折射率匹配液注入外窗口和内窗口之间的空间。作为本方案的优选:折射率匹配液的折射率为nl，冷却液的折射率为n2，内窗口的折射率为n3，空气的折射率为n4，|nl_n2| < n2_n4。作为本方案的优选:nl=n2=n3。作为本方案的优选:冷却液为水或重水或四氯化碳液体。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，由于在该方案中外窗口与第一机械固定件之间的连接采用胶水粘连，外窗口不会因装夹应力而发生形变，同时由于外窗口中匹配液不流动，内部无压力，不会造成外窗口变形。同时在外窗口和内窗口之间填充有折射率匹配液，并且折射率匹配液的折射率为nl，冷却液的折射率为n2，内窗口的折射率为n3，当|nl-n2| < n2_n4时，即使内窗口发生形变，波前畸变能够部分消除；inl=n2=n3时，波前畸变能够完全消除。由此可见，本专利技术与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。【附图说明】图1是传统的直接液冷固体激光器增益模块装置的结构示意图； 图2是本专利技术的直接液冷固体激光器增益模块装置的结构示意图； 图3是传统的直接液冷固体激光器单增益介质双流道增益模块装置的结构示意图； 图4是本专利技术的直接液冷固体激光器单增益介质双流道增益模块装置的结构示意图；图5是传统的直接液冷固体激光器单增益介质双流道增益模块装置窗口内冷却液静止时波前测量结果； 图6是本专利技术的直接液冷固体激光器单增益介质双流道增益模块装置窗口内冷却液静止时波前测量结果； 图7是传统的直接液冷固体激光器单增益介质双流道增益模块装置窗口内冷却液平均流速为6m/s时波前测量结果； 图8是本专利技术的直接液冷固体激光器单增益介质双流道增益模块装置窗口内冷却液平均流速为6m/s时波前测量结果。图中，I为激光增益模块，2为折射率匹配液，3为外窗口，4为胶水，5为第一机械固定件，6为第二机械固定件，7为激光增益介质，8为冷却液，9为内窗口。【具体实施方式】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。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。如图1所示，为传统的直接液冷固体激光器增益模块(1)，包括第二机械固定件(6)、激光增益介质(7)、冷却液(8)、内窗口(9)。激光增益介质(7)完全浸入在冷却液(8)中，冷却液(8)通过外循环将激光增益介质(7)表面的热量带走，第二机械固定件(6)主要用于固定激光增益介质(7)和内窗口(9)，以及确保激光增益介质(7)与激光增益介质(7)之间的间距以及激光增益介质(7)与内窗口(9)之间的间距。流道的厚度以及冷却液的厚度根据实际的栗浦功率和栗浦方式而定，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种消除激光器增益模块因窗口形变造成的波前畸变的装置，其特征是：包括有激光增益模块、折射率匹配液、外窗口、第一机械固定件；所述激光增益模块包括有激光增益介质、第二机械固定件和内窗口；所述激光增益介质和内窗口固定在第二机械固定件上；所述内窗口和激光增益介质之间以及激光增益介质和激光增益介质之间的空间填充有冷却液；所述第一机械固定件设置在激光增益模块的外侧；所述外窗口设置在第一机械固定件上；所述外窗口与激光增益模块之间填充有折射率匹配液。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：叶志斌，于益，尚建力，高清松，唐淳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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