一种激光增益装置及方法制造方法及图纸

一种激光增益装置及方法，所述装置包括增益介质、泵浦源、光学元件和控制器，所述增益介质设置在激光的光路上，并接收由泵浦源发出的泵浦光，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源向增益介质发出泵浦光，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述控制器还与光学元件相连接，用于控制经过光学元件的泵浦光的光强分布。所述方法通过控制器来控制泵浦光的光强分布，达到控制增益介质内的增益分布。本发明专利技术通过控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而改变增益介质内的增益分布，以实现对激光束的光强进行空间调制，解决了激光损失和损伤问题，使得激光束能够成为均匀分布或者高斯型的分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光光强控制
，特别是涉及。技术背景激光由于其亮度高、单色性好、准直和聚焦性能好，已在科学研究、军事国防、工业加工、天文观测和信息传播等领域得到的广泛的应用。在实际应用当中，人们都希望获得均勻光强分布或接近高斯形光强分布的激光光束。例如在激光刻蚀加工领域，就需要得到光强分布尽量均勻的平顶光束以达到最理想的刻蚀效果；而在需要激光聚焦的情况下(如激光焊接、激光打孔、激光的光纤耦合)，就希望得到光强分布尽量接近高斯型光束，从而提高激光聚焦后的光强并降低激光在焦点处的光斑大小。现有的光强分布控制技术都是透射衰减式的，且在实际应用中会受到如激光光强、孔径等因素的限制。申请号为02820338.0的中国专利申请公开了一种薄膜半导体器件及其制造方法，是直接利用具有一定光强透过率分布的掩膜改变光束的强度分布并用于半导体器件的光刻，该方法需要探测激光的强度分布后，设计、加工出对应透过率分布的掩膜，从而实现对激光强度分布的控制，但由于需要曝光、显影、定影等工艺，掩膜的制造时间较长，使该方法对激光的光斑分布的控制的实时性收到影响；另一方面，该方法实际上是对光强衰减的，将会是激光的功率受到损失；此外这种透射式掩膜的损伤阈值比较低，也限制了其应用于高功率激光。专利号为01256697. 7的中国专利公开了一种液晶光阀激光束空间整形装置，提到利用液晶光阀对激光的光强分布进行控制，但该方法同样也是只能通过衰减实现对激光光强分布的控制，无法解决激光损失和损伤问题。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是现有技术获得均勻光强分布或接近高斯形光强分布的激光光束只能通过衰减实现，无法解决激光损失和损伤问题。( 二 )技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种激光增益装置。其中，所述装置包括增益介质、泵浦源、光学元件和控制器，所述增益介质设置在激光的光路上，并接收由泵浦源发出的泵浦光，所述控制器与泵浦源相连接，用于控制泵浦源向增益介质发出泵浦光，所述泵浦光经由光学元件进入增益介质，所述控制器还与光学元件相连接，用于控制经过光学元件的泵浦光的光强分布。优选地，所述光学元件包括液晶光阀、透镜组和反射镜，在泵浦源和增益介质之间依次设有液晶光阀、透镜组和反射镜，所述控制器与液晶光阀相连接。优选地，所述光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜，在泵浦源和增益介质之间依次设有变形镜和傅里叶变换镜，所述控制器与变形镜相连接。优选地，所述增益介质为 :YV04。本专利技术还提供了一种激光增益方法，在激光的光路上设有接收到泵浦光的增益介质，所述泵浦光经由与控制器相连接的光学元件进入增益介质，所述控制器控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，使得泵浦光入射进增益介前的光强分布在预设值的容限范围内，以控制增益介质内的增益分布，从而实现将激光的光强分布调制为均勻分布或高斯分布。优选地，所述控制器控制泵浦光在入射增益介质前的光强在IpH(x，y)容限范围内，其中，= CpΙηΛ-In(Z7^y))+hca 式中，AΛ 'A0为激光的光强振幅，IiU, y)为激光在增益介质入, he射面的光强分布，——，X1为激光波长，λ p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，C为光速，ο 21为增益介质的受激发射截面，Tf为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，χ、y为空间坐标，e为欧拉系数。 优选地，所述控制器控制泵浦光在入射增益介质前的光强在Ipe(X，y)容限范围内，其中， Ipg (χ, y) = Cp J 1 2 ΛInA-+y' , (l ( 、、丨 Ae 乂)ω1hcaApa21rf(eal-1)^ 式中，I = . ^iZaL λ ^ A0为激光的光强振幅，Ii (χ, y)为激光在增益介质入, he射面的光强分布，——，X1为激光波长，λ p为泵浦光的波长，h为普朗克常量，C为光速，ο 21为增益介质的受激发射截面，Tf为激活离子的上能级寿命，α为增益介质对泵浦光的吸收系数，L为增益介质的长度，x、y为空间坐标，ω为高斯光束的束腰参数，e为欧拉系数。优选地，还包括记录激光的入射光强步骤，在泵浦源关闭的情况下，开启激光源， 记录此时的增益介质入射面处的光强分布IiU, y)，再计算出泵浦光在入射增益介质前的光强Ip的值，由控制器控制经由光学元件的泵浦光的光强，使得泵浦光在入射增益介质前光强在Ip的容限范围内。优选地，所述光学元件包括液晶光阀、透镜组和反射镜，在泵浦源和增益介质的出射面之间依次设有液晶光阀、透镜组和反射镜，所述控制器与液晶光阀相连接。优选地，所述光学元件包括变形镜和傅里叶变换镜，在泵浦源和增益介质的出射面之间依次设有变形镜和傅里叶变换镜，所述控制器与变形镜相连接。(三)有益效果上述技术方案具有如下优点本专利技术通过控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强分布，从而对激光进行增益，解决了激光损失和损伤问题，使得泵浦光在入射增益介质前的光强在预设值的容限范围内，达到控制增益介质内的增益分布，以实现将激光的光强分布调制为均勻分布或高斯分布，由于改变激光光强分布的过程中不存在对激光的主动衰减，因此很容易实现对高功率激光光束的光强分布控制。附图说明图1是本专利技术的透射式激光增益装置的结构示意图2是本专利技术的反射式激光增益装置的结构示意图3是本专利技术的用于产生均勻光强激光光束的装置实施例结构示意图4是本专利技术的用于产生高斯光强激光光束的装置实施例结构示意图5是本专利技术的一种实施例的结构示意图。其中，1 增益介质；2 泵浦源；3 泵浦光；如液晶光阀；4b 反射镜；4c 透镜组； 4a’ 变形镜；4c’ 傅里叶变换镜；5 增益介质入射面；6 激光束；7 入射激光；8 控制器； 9:增益介质出射面；10:电极线。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术的透射式激光增益装置的结构示意图，该激光增益装置包括增益介质1、泵浦源2、光学元件和控制器8，所述增益介质1设置在激光的光路上，接收激光和泵浦源2发出的泵浦光，所述控制器与泵浦源2相连接，用于控制泵浦源2向增益介质1发出泵浦光，并可以调节泵浦光3的强弱，所述泵浦光3经由光学元件进入增益介质1， 所述控制器8还与光学元件相连接，用于控制经过光学元件的泵浦光3的光强分布。该实施例的增益介质1的入射面用于接收激光束6，该增益介质用于吸收泵浦源发出的泵浦光使自身的激活离子跃迁到激发态。进入增益介质1的激光可以是连续激光也可以是脉冲激光，激光光束可以是一次进入增益介质也可以是多次进入增益介质，形成入射激光，进入增益介质的方式可以是直通透过也可以是进入介质后经过反射后从介质出射。该增益介质1 朝向激光束的面为入射面5，朝向泵浦源2的面为出射面。该增益介质1可以为固体、液体或者气体增益介质。本专利技术的控制器可以为各种适合的控制部件，例如单片机、驱动器。本专利技术通过控制器来控制经过光学元件的泵浦光的光强大小，从而对激光束进行增益，解决了激光损失和损伤问题，使得激光束能够成为预设的形状，可以是均勻分布或者高斯型的分布。如图2所示，是本专利技术的反射式激光增益装置的结构示意图，该实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：巩马理，邱运涛，柳强，黄磊，闫平，张海涛，刘欢，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：