一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器及其光束质量改善方法技术

本发明专利技术公开了一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器及其光束质量改善方法,包括工作台，所述工作台前侧设置有LD泵浦源和YLF晶体，所述YLF晶体的两侧分别平行设置有位于工作台前侧的输出镜和柱面反射镜，所述YLF晶体、输出镜和柱面反射镜共线设置，且与LD泵浦源和YLF晶体之间的连线相垂直。本发明专利技术利用柱凹面反射镜缓解YLF晶体导致的光束不规则畸变，在不改变光束正常发散的情况下有效减小了光束在某一方向上的过渡发散,明显改善输出光束轮廓分布，实现高光束质量的激光输出，结构简单，制作成本较低，实际应用中易于操作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器及其光束质量改善方法
本专利技术属于激光
,尤其涉及一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器及其光束质量改善方法。
技术介绍
与其它掺钕的激光晶体相比，Nd:YLF晶体具有荧光线宽宽、自然双折射远大于热致双折射、晶体热透镜效应小等特点，因此具有广泛的应用前景。然而YLF晶体为各向异性基质，晶体中各方向应力系数不同，晶体热传导率较低，因此波前热畸变为不规则畸变，严重影响输出激光的光束质量，当不均匀的应力分布超过一定极限，晶体很容易出现裂纹。因此，改善光束轮廓、提高输出光束质量以满足工业加工、军事医疗等领域对Nd:YLF固体激光器高光束质量的要求。目前,改善Nd:YLF固体激光器输出光束质量的方法主要有：(1)腔内插入透过率呈高斯分布的软边高斯光阑进行选模。(2)在谐振腔内加球柱组合镜组抵消晶体热应力双折射导致的像散问题，改善输出光束轮廓、模式分布。虽然上述方法可以有效提高输出光束质量，但腔内光学元件的插入增加了激光器的内部损耗，影响激光器整体输出功率；除此之外，内腔插入光学元件增加了激光器调试难度，激光器在调试过程中不易出光。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器及其光束质量改善方法，具有改善Nd:YLF固体激光器输出光束模式分布，从而获得高光束质量激光输出的特点，以此来满足Nd:YLF固体激光器在工业加工、军事以及医疗等领域的应用。为了达到上述目的，本专利技术采用下述方案。一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器,包括工作台，所述工作台前侧设置有LD泵浦源和YLF晶体，所述YLF晶体的两侧分别平行设置有位于工作台前侧的输出镜和柱面反射镜，所述YLF晶体、输出镜和柱面反射镜共线设置，且与LD泵浦源和YLF晶体之间的连线相垂直，所述柱面反射镜和输出镜构成谐振腔，激光在谐振腔中振荡输出。所述柱面反射镜的有效反射波段为1040nm～1060nm。一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器的光束质量改善方法，其具体步骤如下：步骤1、打开激光器电源开关，LD泵浦源照射YLF晶体上产生激光，激光在谐振腔中振荡谐振，泵浦电流在激光器阈值附近时微调柱面反射镜以及输出镜使输出光斑处于最佳状态，逐渐增加泵浦电流，当泵浦电流为18A、输出功率为1.8W时使用相机拍摄输出光斑轮廓；步骤2、将柱面反射镜替换为平面反射镜，在同等输出激光功率下使用相机拍摄输出光斑轮廓；步骤3、从拍摄得到的输出光斑轮廓图来看，腔镜为平面反射镜时输出光斑轮廓为不规则长条形，腔镜为柱面反射镜时输出光束整体轮廓分布均匀、圆滑；通过不同腔镜之间输出光束轮廓的对比，柱面反射镜抑制了光束在某一方向的不规则发散，明显改善输出光束轮廓分布，提高了输出激光光束质量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术直接采用腔镜为柱面镜的方法有效补偿光束像散，避免了腔内不必要的损耗；在腔型设计中采用平凹腔结构，利用柱面反射镜在不改变腔内光束正常发散的情况下抑制腔内光束某一方向过渡发散的特点，缓解输出光束不规则畸变，改善光束不均匀轮廓，实现高光束质量激光输出；本专利技术结构简单，制作成本较低，实际应用中易于操作。附图说明图1是本专利技术的整体结构的结构示意图；图2是腔镜为柱面反射镜时输出光束轮廓的示意图；图3是腔镜为平面反射镜时输出光束轮廓的示意图；图中：1-工作台，2-LD泵浦源，3-YLF晶体，4-输出镜，5-柱面反射镜。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所采用的Nd:YLF是单轴双折射晶体，可以同时产生平行于光轴方向振荡的1047nm(π偏振)和垂直于光轴方向的1053nm(σ偏振)激光。由于Nd:YLF属于各向异性基质，晶体热应力断裂阈值太低，热传导率相对于各向同性晶体较小，当泵浦光作用于晶体时会使晶体中产生大量的热，水冷只能起到晶体表面冷却作用，晶体中不均匀的温度分布导致光束产生波前不规则畸变；腔镜为凹面的柱面镜在不改变腔内光束正常发散的情况下有效抑制腔内光束某一方向上的过渡发散，缓解了光束不规则轮廓分布，改善了输出光束的模式分布情况，在一定程度上提高了输出激光光束的质量。基于上面的原理，为了解决现有技术存在的问题，如图1所示，本专利技术提供了一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器,包括工作台1，工作台1前侧设置有LD泵浦源2和YLF晶体3，这里LD泵浦源2与激光器电源电连接，YLF晶体3的两侧分别平行设置有位于工作台1前侧的输出镜4和柱面反射镜5，YLF晶体3、输出镜4和柱面反射镜5共线设置，且与LD泵浦源2和YLF晶体3之间的连线相垂直，柱面反射镜1和输出镜3构成谐振腔，这里谐振腔的腔长为450mm，激光在谐振腔中振荡输出，本实施例中所有结构均在激光器的内部。具体而言，柱面反射镜5的有效反射波段为1040nm～1060nm，这样柱面反射镜5会产生更好的反射效果。本实施例中，柱面反射镜5选用曲率半径为5m和外壁直径为25.4mm的规格，并比较以下表格中的发散角得出柱面反射镜5的最佳尺寸，这里发散角是通过现有技术激光光束质量分析仪测得；Φ/mmf’/mθ/mrad25.431.625.451.525.481.7其中，Φ为柱面反射镜5的外壁直径，f’为柱面反射镜5焦点到柱面反射镜5柱点的距离，θ为柱面反射镜5的发散角；由分析结果得出柱面反射镜5焦点到柱面反射镜5柱点的距离为5m，并选取柱面反射镜5凹面镀膜中心至柱面反射镜5外壁之间的距离为3mm，柱面反射镜5凹面镀膜顶部至柱面反射镜5外壁间距离的5mm，这样激光照射到柱面反射镜5上产生的输出光斑效果更好。一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器光束质量改善方法的工作过程，包括以下步骤：步骤1、打开激光器电源开关，LD泵浦源2照射YLF晶体3上产生激光，激光在谐振腔中振荡谐振，泵浦电流在激光器阈值附近时微调柱面反射镜5以及输出镜4使输出光斑处于最佳状态，逐渐增加泵浦电流，当泵浦电流为18A、输出功率为1.8W时使用相机拍摄输出光斑轮廓；步骤2、如图2所示，将柱面反射镜5替换为平面反射镜，在同等输出激光功率下使用相机拍摄输出光斑轮廓；步骤3、如图3所示，从拍摄得到的输出光斑轮廓图来看，腔镜为平面反射镜时输出光斑轮廓为不规则长条形，腔镜为柱面反射镜5时输出光束整体轮廓分布均匀、圆滑；通过不同腔镜之间输出光束轮廓的对比，柱面反射镜5抑制了光束在某一方向的不规则发散，明显改善输出光束轮廓分布，提高了输出激光光束质量。尽管已经示出和描述了本专利技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本专利技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本专利技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器,包括工作台，其特征在于：所述工作台前侧设置有LD泵浦源和YLF晶体，所述YLF晶体的两侧分别平行设置有位于工作台前侧的输出镜和柱面反射镜，所述YLF晶体、输出镜和柱面反射镜共线设置，且与LD泵浦源和YLF晶体之间的连线相垂直，所述柱面反射镜和输出镜构成谐振腔，激光在谐振腔中振荡输出。

【技术特征摘要】
1.一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器,包括工作台，其特征在于：所述工作台前侧设置有LD泵浦源和YLF晶体，所述YLF晶体的两侧分别平行设置有位于工作台前侧的输出镜和柱面反射镜，所述YLF晶体、输出镜和柱面反射镜共线设置，且与LD泵浦源和YLF晶体之间的连线相垂直，所述柱面反射镜和输出镜构成谐振腔，激光在谐振腔中振荡输出。2.根据权利要求1所述的一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器，其特征在于，所述柱面反射镜的有效反射波段为1040nm～1060nm。3.根据权利要求1所述的一种基于柱面反射镜的Nd:YLF激光器的光束质量改善方法，其特征在于，其具体步骤如下：步骤1、打开...

【专利技术属性】
技术研发人员：李业秋，杨帆，岱钦，乌日娜，崔建丰，
申请(专利权)人：沈阳理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21