激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置及方法
【專利摘要】本發明提供一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置及方法，該裝置包括測量激光器、分光鏡、激光強度探測器、激光玻璃樣本、光纖耦合器、光纖激光發射器和剩余反射探測器，激光玻璃樣本固定在精密定位運動機構上，激光發射器固定在激光發射器運動機構上，剩余反射探測器固定在剩余反射探測器運動機構上。本發明還提供一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量方法。本發明可以對激光玻璃包邊剩余反射進行同點不同角度和同角度不同點的測量，實現激光玻璃包邊剩余反射的多角度多點測量，從而能夠對激光玻璃包邊剩余反射進行全面、深入、客觀的評價和研究，為判斷激光玻璃包邊質量的好壞提供依據。
【專利說明】激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光增益介質測量【技術領域】，具體是一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置及方法。
【背景技術】
[0002]激光增益介質廣泛應用于各種高功率和高能量的激光器中，并成為其中最主要的激光工作物質。激光工作物質分為固體、液體和氣體，其中固體激光器是最重要的一種，它不但激活離子密度大、振蕩頻帶寬，并能產生譜線窄的光脈沖，而且具有良好的機械性能和穩定的化學性能。
[0003]用于固體激光器的激光增益介質應當具備的基本條件有:具有合適的光譜特性、激發態吸收小、具有良好的光學均勻性、穩定性和物化性能。其材料主要分為晶體和玻璃兩種，大多數激光晶體是含有激活離子的熒光晶體；而激光玻璃雖然其激活離子的發光性能不如在晶體中好，但是激光玻璃儲能大，其基質玻璃的性質可按要求在很大的范圍內變化，制造工藝成熟，容易獲得光學均勻的、結構尺寸靈活的玻璃，而且其價格便宜，以上特點使得激光玻璃廣泛應用于高功率和高能量的固體激光器中。
[0004]在激光放大過程中，由于激光玻璃的增益很高，介質內的自發輻射將會得到放大而產生放大自發輻射(簡稱ASE)。由于ASE的存在，將在信號光到達之前消耗掉增益介質上能級的反轉粒子，使信號光得不到有效放大，這不僅嚴重地降低了激光增益介質的儲能密度和儲能效率，而且會引起介質內抽運能量的再分布，對增益均勻性具有嚴重影響。
[0005]目前，抑制ASE的主要方法是在垂直于光路方向的片狀激光玻璃的側邊通過膠合的方式接上吸收激光波長的玻璃，來破壞ASE放大過程，稱為激光玻璃包邊。激光玻璃、膠合層和包邊玻璃之間折射率匹配度是影響激光玻璃包邊、降低ASE的關鍵，是衡量激光玻璃包邊質量的最重要參數。激光玻璃與膠合層界面反射以及包邊玻璃與膠合層界面反射總和稱為激光玻璃包邊剩余反射。因此，準確測量包邊剩余反射能夠直接、客觀地反映激光玻璃包邊的質量好壞。
[0006]目前已有的激光玻璃包邊剩余反射的測量方法(見CN102818788A、CN102768202A)均不具備對包邊界面的不同角度和不同位置點進行測量的功能，這樣就無法對激光玻璃包邊剩余反射進行全面、深入、客觀的評價和研究。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置及方法，以解決現有的激光玻璃包邊剩余反射測量中無法對包邊界面的不同角度和不同位置點進行全面測量的問題。
[0008]本發明的技術方案為:
[0009]一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，包括測量激光器、分光鏡、激光強度探測器、激光玻璃樣本和剩余反射探測器，所述分光鏡設置在測量激光器的輸出光路上，所述激光強度探測器設置在分光鏡的透射光路上，所述剩余反射探測器設置在激光玻璃樣本的出射光路上，還包括光纖耦合器、光纖和激光發射器，所述光纖耦合器設置在分光鏡的反射光路上，所述光纖耦合器的輸出端通過光纖與激光發射器的輸入端連接，所述激光發射器設置在激光玻璃樣本的入射光路上；所述激光玻璃樣本固定在精密定位運動機構上，所述激光發射器固定在激光發射器運動機構上，所述剩余反射探測器固定在剩余反射探測器運動機構上，所述激光發射器運動機構和剩余反射探測器運動機構為沿圓弧軌跡運動的聯動機構。
[0010]所述的激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，所述測量激光器與分光鏡之間設有功率調整裝置、第一高反射鏡和光束整形裝置。
[0011]所述的激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，還包括指示激光器，所述指示激光器通過光開關、第二高反射鏡和部分反射鏡分別與測量激光器和分光鏡光路連接，所述部分反射鏡設置在測量激光器與分光鏡之間。
[0012]所述的激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，還包括數據處理裝置，所述數據處理裝置的輸入端與激光強度探測器和剩余反射探測器的輸出端連接。
[0013]一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量方法，包括以下步驟:
[0014](I)測 量激光器輸出的測量激光束經過分光鏡分成兩束，其中一束進入到激光強度探測器，另一束經過光纖耦合裝置耦合后，通過光纖和激光發射器照射到激光玻璃樣本上，經由激光玻璃樣本前表面或者側表面進入到激光玻璃樣本內部，并在激光玻璃樣本內部被包邊界面反射，經包邊界面反射的剩余反射光束被剩余反射探測器接收；
[0015](2)調整精密定位運動機構，使測量激光束從激光玻璃樣本前表面或者側表面入射，入射光線經過折射后以測量角度α I入射到激光玻璃樣本包邊界面上的某一測量點，采用折射定律計算得到測量激光束在激光玻璃樣本前表面或者側表面的入射光線延長線與包邊界面法線的夾角βI:
[0016]前表面入射
【權利要求】
1.一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，包括測量激光器、分光鏡、激光強度探測器、激光玻璃樣本和剩余反射探測器，所述分光鏡設置在測量激光器的輸出光路上，所述激光強度探測器設置在分光鏡的透射光路上，所述剩余反射探測器設置在激光玻璃樣本的出射光路上，其特征在于: 還包括光纖耦合器、光纖和激光發射器，所述光纖耦合器設置在分光鏡的反射光路上，所述光纖耦合器的輸出端通過光纖與激光發射器的輸入端連接，所述激光發射器設置在激光玻璃樣本的入射光路上； 所述激光玻璃樣本固定在精密定位運動機構上，所述激光發射器固定在激光發射器運動機構上，所述剩余反射探測器固定在剩余反射探測器運動機構上，所述激光發射器運動機構和剩余反射探測器運動機構為沿圓弧軌跡運動的聯動機構。
2.根據權利要求1所述的激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，其特征在于:所述測量激光器與分光鏡之間設有功率調整裝置、第一高反射鏡和光束整形裝置。
3.根據權利要求1所述的激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，其特征在于:還包括指示激光器，所述指示激光器通過光開關、第二高反射鏡和部分反射鏡分別與測量激光器和分光鏡光路連接，所述部分反射鏡設置在測量激光器與分光鏡之間。
4.根據權利要求1所述的激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量裝置，其特征在于:還包括數據處理裝置，所述數據處理裝置的輸入端與激光強度探測器和剩余反射探測器的輸出端連接。
5.一種激光增益介質包邊剩余反射的多角度多點測量方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)測量激光器輸出的測量激`光束經過分光鏡分成兩束，其中一束進入到激光強度探測器，另一束經過光纖耦合裝置耦合后，通過光纖和激光發射器照射到激光玻璃樣本上，經由激光玻璃樣本前表面或者側表面進入到激光玻璃樣本內部，并在激光玻璃樣本內部被包邊界面反射，經包邊界面反射的剩余反射光束被剩余反射探測器接收； (2)調整精密定位運動機構，使測量激光束從激光玻璃樣本前表面或者側表面入射，入射光線經過折射后以測量角度αI入射到激光玻璃樣本包邊界面上的某一測量點，采用折射定律計算得到測量激光束在激光玻璃樣本前表面或者側表面的入射光線延長線與包邊界面法線的夾角βI:
前表面入射，β l=arcsin([sin( a I) ]*ng/n0),
側表面入射，β l=arccos ([cos ( a l)]*ng/n0), 其中，ng表示激光玻璃樣本折射率，n0表示空氣折射率； (3)保持測量點不變，測量角度由aI變為a 2，將激光發射器運動機構和剩余反射探測器運動機構的位置沿著圓弧軌跡轉動角度Λ β，再沿著平行于測量點法線的方向移動距離 Adl:
Δdl=[d/tan(β 2)-d/tan(β I)]-[d/tan(α 2)-d/tan(α I)]， 前表面入射，
Δ β = β 2- β l=arcsin ([sin ( α 2) ] *ng/η0) -arcsin ([sin ( α I)]氺ng/n0), 側表面入射，
Δ β = β 2- β l=arccos ([cos ( α 2) ] *ng/η0) -arccos ([cos ( α I) ] *ng/η0),其中，d表示測量點到激光玻璃樣本側表面的距離，β 2表示測量角度為α 2時測量激光束在激光玻璃樣本前表面或者側表面的入射光線延長線與包邊界面法線的夾角， 前表面入射，β 2=arcsin([sin( a 2)]*ng/n0),
側表面入射，β 2=arccos ([cos ( α 2) ]*ng/n0)； (4)保持測量角度α I不變，測量點的位置移動距離Ad， (i )若測量激光束從激光玻璃樣本前表面入射，則將激光發射器運動機構和剩余反射探測器運動機構平移距離Ad; (?)若測量激光束從激光玻璃樣本側表面入射，則將激光發射器運動機構和剩余反射探測器運動機構沿著平行于包邊界面法線的方向移動距離△ d2，再將剩余反射探測器運動機構反方向移動距離2*Ad2: Δd2=tan(90-α I) * Δ d。
【文檔編號】G01N21/55GK103698302SQ201310752448
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】董敬濤, 陳堅, 吳周令 申請人:合肥知常光電科技有限公司