一种激光器的磁光晶体热透镜效应的补偿方法与流程

本发明涉及激光器，尤其涉及一种激光器的磁光晶体热透镜效应的补偿方法。

背景技术：

1、激光器中的磁光晶体在高功率泵浦光或激光作用下，会吸收部分光能并产生光热效应，该光热效应导致晶体内部形成非均匀温度场分布，进而通过热光效应和热膨胀效应在晶体中产生热透镜效应，热透镜效应会引起通过晶体的激光光束发生波前畸变，具体表现为光束质量退化、退偏损耗增加、以及磁光隔离器的隔离度显著下降，严重制约了高功率激光系统的性能提升。

2、目前，针对磁光晶体热效应的分析与优化主要依赖于有限元仿真方法，现有技术中，仿真模型通常需要输入晶体的光热转换系数即晶体吸收的光能转化为热量的比例作为体热源计算的关键参数，然而，光热转换系数受晶体材料批次、掺杂浓度、晶体生长工艺、端面镀膜质量及表面处理状态等多种因素影响，不同晶体之间以及同一晶体在不同功率下的光热转换系数均存在显著差异。现有仿真方法中，光热转换系数往往直接采用理论估算值，且假定光热转换系数为常数，缺乏针对具体晶体的精确测量手段，导致仿真结果与实际情况存在较大偏差，无法准确预测热透镜的焦距及光束畸变程度。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高效预测激光器的磁光晶体热透镜效应热焦距的补偿方法。

2、为了实现本发明目的，本发明提供一种激光器的磁光晶体热透镜效应的补偿方法，补偿方法包括：

3、将激光器输出的激光光束依次经过磁光晶体和聚焦透镜，利用图像传感器获取从聚焦透镜出射的聚焦光束；

4、通过图像传感器获取激光器在第一功率下的第一聚焦光束，将第一聚焦光束的束腰位置记为z1；

5、通过图像传感器获取激光器在第二功率下的第二聚焦光束，将第二聚焦光束的束腰位置记为z2，第二功率大于第一功率；

6、计算在第二功率下由热透镜效应引起的焦移量δztl=z1z2；

7、根据公式一计算磁光晶体的热焦距ftl；

8、(公式一);

9、其中，d为磁光晶体与聚焦透镜之间的距离，f2为聚焦透镜的焦距；

10、根据公式二计算磁光晶体的光热转换系数η；

11、(公式二);

12、其中，kc为磁光晶体的热导率，dn/dt为磁光晶体的热光系数，α为磁光晶体的吸收系数，l为磁光晶体的长度，ωp为泵浦光束的束腰半径，ppump为泵浦光功率；

13、根据公式三计算在第二功率下的体热源强度q；

14、(公式三);

15、其中，函数exp0(x,y,z)的表达式为：

16、

17、其中，r为磁光晶体的表面反射率，ω0为第二聚焦光束的束腰半径，λ为激光波长，(zz0)为磁光晶体沿光轴方向距第二聚焦光束束腰位置的距离，n为磁光晶体的折射率，m2为光束质量因子；

18、根据体热源强度q，通过有限元方法求解热传导方程，得到磁光晶体的温度场分布和等效热焦距的仿真值；

19、在激光器的光路中加入至少一个负光焦度补偿元件，负光焦度补偿元件的焦距与磁光晶体的等效热焦距的仿真值之和为0。

20、更进一步的方案是，第一功率小于等于30w。

21、更进一步的方案是，第二功率大于等于100w。

22、更进一步的方案是，磁光晶体为tgg晶体、ktf晶体、tsag晶体或cef3晶体。

23、更进一步的方案是，负光焦度补偿元件为负透镜，负透镜设置于磁光晶体基于光传输方向的前端或后端。

24、更进一步的方案是，负透镜为平凹透镜或双凹透镜。

25、更进一步的方案是，负光焦度补偿元件为负折射率温度系数晶体，负折射率温度系数晶体邻接于磁光晶体布置。

26、更进一步的方案是，负折射率温度系数晶体包括磷酸二氘钾（dkdp）、磷酸二氢钾（kdp）、氟化钙（caf2）、氟化钡（baf2）或氟磷酸盐玻璃。

27、本发明的有益效果是，通过测量不同功率下聚焦光束的束腰位置偏移量，结合矩阵传输法反向计算热焦距，进而反推获得磁光晶体在实际工作条件下的光热转换系数，以实测数据代替理论估算值，为热效应仿真提供精确的输入参数。再将实测反推获得的光热转换系数作为体热源强度的计算依据，通过有限元仿真获得磁光晶体的温度场分布和等效热焦距仿真值，使仿真结果能够准确反映晶体的实际热效应状态，克服了现有仿真方法因输入参数不准确而导致仿真精度低的缺陷，继而通过利用负光焦度补偿元件的负光焦度来补偿热焦距，继而提升光束质量、降低损耗以及保证磁光隔离器的隔离度。

1.一种激光器的磁光晶体热透镜效应的补偿方法，其特征在于，所述补偿方法包括：

2.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的补偿方法，其特征在于：

5.根据权利要求1至4任一项所述的补偿方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的补偿方法，其特征在于：

7.根据权利要求1至4任一项所述的补偿方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的补偿方法，其特征在于：