專利名稱：激光光束質(zhì)量的控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及技術(shù)激光技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光光束質(zhì)量的控制裝置及方法。
背景技術(shù)：
在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，激光的光束質(zhì)量是激光的一個(gè)重要的應(yīng)用參數(shù)，反應(yīng)了激光聚焦和傳播的性能。例如在激光加工領(lǐng)域，光束質(zhì)量好的激光光束就可以使聚焦后的光束聚焦光斑變小或瑞利長(zhǎng)度(焦深)變長(zhǎng)，從而提高激光對(duì)材料的加工能力，得到更好的加工效果O激光的光束質(zhì)量因子M2是描述激光光束質(zhì)量的主要參數(shù)，根據(jù)ISO的標(biāo)準(zhǔn)定義，M2可以表示為
權(quán)利要求
1.一種激光光束質(zhì)量的控制裝置，其特征在于，包括增益介質(zhì)、泵浦源、第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件、探測(cè)器和控制器，所述增益介質(zhì)設(shè)置在激光的光路上，所述控制器與泵浦源相連接，用于控制泵浦源向增益介質(zhì)發(fā)出泵浦光，所述泵浦光經(jīng)由第一光學(xué)元件進(jìn)入增益介質(zhì)，激光經(jīng)由第一光學(xué)元件透射后進(jìn)入第二光學(xué)元件，所述第二光學(xué)元件將激光分離出小部分能量供探測(cè)器進(jìn)行探測(cè)，并將其余大部分能量透射輸出，所述探測(cè)器用于探測(cè)激光的光束質(zhì)量信息并傳輸給控制器，所述控制器與第一光學(xué)元件相連接，用于控制第一光學(xué)元件以調(diào)節(jié)泵浦光的光強(qiáng)分布，進(jìn)而調(diào)節(jié)增益介質(zhì)內(nèi)的增益分布以控制激光的光束質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求I所述的激光光束質(zhì)量的控制裝置，其特征在于，還包括激光波前校正器，所述激光波前校正器設(shè)置在第一光學(xué)兀件和第二光學(xué)兀件之間，所述激光波前校正器 與所述控制器相連接，用于補(bǔ)償激光的位相畸變，激光經(jīng)激光波前校正器反射后進(jìn)入第二光學(xué)元件，控制器控制激光波前校正器調(diào)節(jié)激光的波前以進(jìn)一步調(diào)節(jié)激光的光束質(zhì)量。
3.如權(quán)利要求I所述的激光光束質(zhì)量的控制裝置，其特征在于，所述第一光學(xué)元件包括液晶光閥和反射鏡，在泵浦源和增益介質(zhì)之間依次設(shè)置液晶光閥和反射鏡，所述控制器與液晶光閥相連接，所述反射鏡的表面鍍有對(duì)泵浦光全反、對(duì)激光增透膜層。
4.如權(quán)利要求I所述的激光光束質(zhì)量的控制裝置，其特征在于，所述第二光學(xué)元件為分束鏡。
5.如權(quán)利要求I所述的激光光束質(zhì)量的控制裝置，其特征在于，所述探測(cè)器為哈特曼傳感器或激光光束質(zhì)量分析儀。
6.如權(quán)利要求2所述的激光光束質(zhì)量的控制裝置，其特征在于，所述激光波前校正器為變形鏡或靜態(tài)相位板。
7.一種激光光束質(zhì)量的控制方法，其特征在于，在激光的光路上設(shè)置有接收泵浦光的增益介質(zhì)，所述泵浦光經(jīng)由與控制器相連接的第一光學(xué)元件進(jìn)入增益介質(zhì)，經(jīng)增益介質(zhì)和第一光學(xué)元件輸出的激光經(jīng)第二光學(xué)元件分離出小部分能量供探測(cè)器探測(cè)，并將其余大部分能量透射輸出，所述探測(cè)器將探測(cè)到的激光的光束質(zhì)量信息傳輸給控制器，所述控制器通過控制第一光學(xué)元件以調(diào)節(jié)泵浦光的光強(qiáng)分布，進(jìn)而調(diào)節(jié)增益介質(zhì)內(nèi)的增益分布以控制激光的光束質(zhì)量。
8.如權(quán)利要求7所述的激光光束質(zhì)量的控制方法，其特征在于，所述第一光學(xué)元件包括液晶光閥和表面鍍有對(duì)泵浦光全反、對(duì)激光增透膜層的反射鏡時(shí)，所述液晶光閥與控制器相連接，所述控制器施加給液晶光閥的電壓為U1 (X，y)，泵浦光經(jīng)過液晶光閥后的光強(qiáng)為IpU，y)，其中，/ 、f f (x, I (x, y) -/ (x, y) Ip(x,y) = Cp\\u+ ^ ’巧 Λ，巧 _ 2 2 _ λ- +y 、 Cp , ζ (X2 + y2"\ χ (ι ( 、、■ Z0e 2 -八 χ，_κ) u^x'y) = 77-ln^--i--ln(/, (^,y)) + ^-- 式中，C1為液晶光閥的透過率-電壓系數(shù)，Ii (x，y)為增益介質(zhì)的入射口處的的激光原始的光強(qiáng)分布，Itj(Xd)為控制器內(nèi)預(yù)設(shè)的激光的目標(biāo)光強(qiáng)分布，Iptl(x，y)為泵浦光原始的光強(qiáng)分布，
9.如權(quán)利要求7所述的激光光束質(zhì)量的控制方法，其特征在于，在第一光學(xué)元件和第二光學(xué)元件之間設(shè)置有激光波前校正器，所述激光波前校正器與所述控制器相連接，用于補(bǔ)償激光的位相畸變，激光經(jīng)激光波前校正器反射后射入第二光學(xué)元件，控制器驅(qū)動(dòng)激光波前校正器調(diào)節(jié)激光的波前以進(jìn)一步地調(diào)節(jié)激光的光束質(zhì)量。
10.如權(quán)利要求9所述激光光束質(zhì)量的控制方法，其特征在于，所述激光波前校正器為變形鏡時(shí)，激光經(jīng)第一光學(xué)元件使激光的光強(qiáng)分布被控制在目標(biāo)光強(qiáng)分布內(nèi)，激光經(jīng)變形 鏡產(chǎn)生位相延遲后經(jīng)第二光學(xué)元件輸出，控制器根據(jù)光束質(zhì)量信息與預(yù)設(shè)的目標(biāo)波前相比較后輸出控制電壓Un給變形鏡以調(diào)節(jié)激光的位相延遲CPdm從而對(duì)激光的位相畸變進(jìn)行補(bǔ)償， 變形鏡產(chǎn)生的位相延遲CPdm為
全文摘要
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明公開了一種激光光束質(zhì)量的控制裝置及方法，該裝置包括增益介質(zhì)、泵浦源、第一光學(xué)元件、第二光學(xué)元件、探測(cè)器和控制器，所述增益介質(zhì)設(shè)置在激光的光路上，所述控制器與泵浦源相連接，所述泵浦光經(jīng)由第一光學(xué)元件進(jìn)入增益介質(zhì)，激光經(jīng)由第一光學(xué)元件透射后進(jìn)入第二光學(xué)元件，所述控制器與第一光學(xué)元件相連接，用于控制第一光學(xué)元件以調(diào)節(jié)泵浦光的光強(qiáng)分布。本發(fā)明在激光的光路上設(shè)置有能吸收泵浦光的增益介質(zhì)，同時(shí)通過控制器控制泵浦光的光強(qiáng)分布以調(diào)節(jié)激光的光強(qiáng)分布，從而提高了激光的光束質(zhì)量；進(jìn)一步地，增加了激光波前校正器，可同時(shí)對(duì)激光的位相畸變進(jìn)行補(bǔ)償，進(jìn)一步地提高了激光的光束質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01S3/131GK102637994SQ20121011510
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者劉歡, 鞏馬理, 張海濤, 柳強(qiáng), 邱運(yùn)濤, 閆平, 黃磊 申請(qǐng)人:清華大學(xué)