利用腔内自适应光学技术改善固体激光器光束质量的装置，由Ｈｅ－Ｎｅ激光器、变密度衰减盘，扩束系统、变形镜、固体激光器的增益介质、匹配扩束凹镜、分光镜、输出耦合镜、哈特曼波前传感器、功率计、高压放大器，高速处理机以及主控计算机组成，Ｈｅ－Ｎｅ激光器发出的信标光被凹镜引入到固体激光器的增益介质中，通过分光镜分出两路信号，一路经过输出耦合镜用来耦合输出固体激光器激光光束；另一路由哈特曼波前传感器实时探测腔内像差信息，并通过高速处理机运算处理后得到相应的电压控制信号，把该电压施加到变形镜驱动器上，使其能够实时补偿固体激光器的腔内像差。本发明专利技术能够自适应地校正腔内像差，实时性好，有效地改善了固体激光器的输出光束质量，提高了输出光束的远场光斑能量集中度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种自适应光学装置，特别是一种用于补偿固体激光器腔内增益像差，改善出光光束质量的自适应光学装置。
技术介绍
激光是二十世纪最伟大的专利技术之一。自1960年T.Maiman专利技术了红宝石激光器以来，激光科学与激光技术的发展日新月异。激光技术对传统学科和技术的发展产生了巨大影响，以激光技术为核心的相关产业已成为知识经济时代和信息时代的重要驱动力量，激光技术将在国民经济建设、医疗卫生和科学研究中发挥不可取代的关键作用，是一项具有战略性，全局性和带动性的战略高技术。激光器按其工作物质来说，可分为固体、气体、液体、化学和自由电子激光器等几大类。其中，固体激光器由于具有体积小、储能高、激发方案简单和可靠性高等优点，逐步处在激光研究的核心地位。人们也从过去单方面追求研制高功率的固体激光器，转而开始认识到提高出光光束的质量更具有实际价值。在应用固体激光器时，人们都期望获得高质量的单横模振荡，并且能使固体激光器在高平均功率下稳定运行，但是要达到这样的目标，所遇到困难就是如何消除高泵浦功率产生的堆积在增益介质中的热负荷产生的热畸变效应，只有消除了增益介质中的热畸变效应，固体激光器才可能获得高的输出功率和良好的光束质量。热畸变效应引起的热致双折射以及增益介质中的热透镜效应会严重影响到激光器的出光性能，选择良好的激光增益介质可以在一定程度上降低热致双折射，改善激光器的出光质量，但却难以从根本上消除热效应；透镜效应中的球差也可以通过设计良好的谐振腔得到有效的减少，然而，非球差却难以用同样的方式补偿，而且这些非球差会随着增益介质中累积热量的增加而增加，不仅使激光器的效率降低，还会使其产生多模振荡。相位共轭镜，衍射光学元件常常用来减少高功率固体激光器的热畸变效应，但是，这些器件的缺点是它们会增加谐振腔的复杂性，而且会引起新的损耗，不能在一个较大的功率范围内适用。在实际应用中，为了改善固体激光器的出光光束质量，还常常在激光器谐振腔内加入一个硬边光阑来抑制激光的高阶模式，但是这种方法会使光束在近场形成衍射环，并且会大大降低激光器输出激光的功率，因此，这种通过大幅度的降低激光器的输出功率来获得较好的光束质量的方法也是不可取的。在现代固体激光器技术中，常常还需要把一定强度的激光模式传输到指定物体的表面上，一般的方法是利用补偿棱镜，空间滤波器等光学器件。这些器件的工作原理和应用情况，可以参见“Diffractive optical elements for the infrared”.H.Haidner，P.K ipfer，J.T.Sheridan，J.Schwider，W.Stork，N.Streibl，andM.Collischon.Proc.SPIE，Vol.1993，pp.666-667。这些光学元件对指定不变的光束模式结构(常常是高斯光束)是有效的，它们共同的缺点是当激光的模式稍稍发生变化，这些光学器件的效率就会变得非常低，这就限制了它们的应用范围。1996年，T.Y.Cherezova等人利用双压电变形反射镜构成的自适应谐振腔，可以校正连续波YAG:Nd3+固体激光器输出激光光束的前五阶低阶像差。这种系统的详细信息可以参见“T.Y.Cherezova，Cw industrial rod YAG:Nd3+laser with an intracavity active bimorph mirror”，Applied Optics，Vol.35，No.15，pp.2554-2561，1996。但此方法的缺点是采用人工手动的控制方法，并没有用到实时波前控制算法，而且系统中所用的双压电变形镜虽然具有行程量大的优点，却没有很高的精度，空间分辨能力也较差，在校正高频高阶像差方面显得力不从心。图1是常规利用哈特曼波前传感器测量固体激光器腔内综合像差的装置的结构示意图，这种测量方法每次测量的都是固体激光器的综合像差，即增益介质加上各个腔镜产生的像差总和。而根据已知固体激光器腔内像差的规律，主要像差来源是增益介质。所以图1的测量方式没有采用测量最主要的像差因素的方法，且测量光路也比较长。图1是常规利用哈特曼波前传感器测量固体激光器腔内综合像差的装置的结构示意图，这种测量方法每次测量的都是固体激光器的综合像差，即增益介质加上各个腔镜产生的像差总和。而根据已知固体激光器腔内像差的规律，主要像差来源是增益介质。所以图1的测量方式没有采用测量最主要的像差因素的方法，且测量光路也比较长。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题克服现有的各种补偿固体激光器腔内像差技术的不足，提供一种用于实时探测固体激光器腔内像差信息，并利用波前校正器自动对腔内主要像差进行有效校正的自适应补偿装置。通过该装置可以把腔内的最主要的像差在经由出光光束带出激光器前就补偿掉，从而使固体激光器的输出光束变得稳定，光束质量达到良好的状态，因此可以得到性能良好的固体激光器，扩大固体激光器的应用范围。本专利技术的技术解决方案是利用腔内自适应光学技术改善固体激光器光束质量的装置，其特征在于主要由He-Ne激光器、变密度衰减盘，扩束系统、变形镜、固体激光器的增益介质、匹配扩束凹镜、分光镜、输出耦合镜、哈特曼波前传感器、功率计、高压放大器，高速处理机以及主控计算机组成，He-Ne激光器发出的信标光首先经过变密度衰减盘，调节信标光的强弱，使之强度适中，然后再经过扩束系统被凹镜引入到固体激光器的谐振腔内的增益介质，通过分光镜分出两路信号，一路经过输出耦合镜用来耦合输出固体激光器激光光束，再由功率计用作实时测量固体激光器的输出功率；一路由哈特曼波前传感器实时探测腔内像差信息，通过高速处理机接收哈特曼波前传感器探测到的腔内像差信息，并进行波前斜率计算，波前复原和波前控制运算，得到相应的电压控制信号，该电压信号在主控计算机控制下经过高压放大器放大后把变形镜校正像差所需要的电压施加到变形镜驱动器上，使变形镜能够实时补偿固体激光器的腔内像差。本专利技术的工作原理是从固体激光器腔外引入He-Ne光，He-Ne光主要用来探测腔内增益介质像差，以及用来标定哈特曼传感器。He-Ne光通过腔内增益介质后，会携带腔内主要像差源即增益介质产生的像差信号，He-Ne光再经由分光镜透射到哈特曼波前传感器上，高速处理机接受哈特曼传感器探测到的波前相位畸变信号，并进行波前复原和波前控制运算，根据这些信息，利用控制算法驱动变形镜的驱动器带动变形镜变形，实时把大部分像差补偿掉，从而可以把主要由增益介质产生像差的固体激光器谐振腔，变成无像差或小像差的激光器谐振腔，改善固体激光器输出激光的光束质量，提高输出光束的亮度和远场光斑的能量集中度。耦合输出镜后的功率计用来监测固体激光器出光功率在系统闭环前后的大小和变化情况。本专利技术与现有技术相比有如下优点(1)本专利技术采用的测量腔内像差的方式是通过从固体激光器谐振腔内的一个凹镜引入He-Ne光，作为探测光，透过增益介质后，带有腔内像差信息的He-Ne光再从腔内的分光镜引出供哈特曼波前传感器测量；而现有的测量固体激光器腔内像差的方法，往往是测量固体激光器谐振腔的综合像差，如图1所示。因为在引起固体激光器输出激光光束质量变坏的诸多因数中，增益介质带来的像差往往是最主要的，而腔镜镜面畸变带来的像差常本文档来自技高网...
【技术保护点】
利用腔内自适应光学技术改善固体激光器光束质量的装置，其特征在于：主要由Ｈｅ－Ｎｅ激光器、变密度衰减盘，扩束系统、变形镜、固体激光器的增益介质、匹配扩束凹镜、分光镜、输出耦合镜、哈特曼波前传感器、功率计、高压放大器，高速处理机以及主控计算机组成，Ｈｅ－Ｎｅ激光器发出的信标光经过变密度衰减盘后，再经扩束系统被凹镜引入到固体激光器的谐振腔内的增益介质中，然后通过分光镜分出两路信号，一路经过输出耦合镜用来耦合输出固体激光器激光光束，再由功率计用作实时测量固体激光器的输出功率；一路由哈特曼波前传感器实时探测腔内像差信息，通过高速处理机接收哈特曼波前传感器探测到的腔内像差信息，并进行波前斜率计算，波前复原和波前控制运算，得到相应的电压控制信号，该电压信号在主控计算机控制下经过高压放大器放大后把变形镜校正像差所需要的电压施加到变形镜驱动器上，使变形镜能够实时补偿固体激光器的腔内像差。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨平，胡诗杰，杨伟，陈善球，许冰，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：90[中国|成都]
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