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CN111244744B - 一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法 - Google Patents

一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法 Download PDF

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CN111244744B CN202010048018.4A CN202010048018A CN111244744B CN 111244744 B CN111244744 B CN 111244744B CN 202010048018 A CN202010048018 A CN 202010048018A CN 111244744 B CN111244744 B CN 111244744B
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
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Abstract

本发明提供一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法，属于光电技术领域。将双面镀有对应激光波长增透膜的、与所保护的非线性光学晶体材质完全相同的薄晶体片放置于需要保护的非线性光学晶体前，二者均与激光垂直放置，且二者相距1‑3cm；由于该晶体片会先于后面的光学晶体发生损伤，只要在该晶体片发生表面损伤后及时更换新片，就可以起到长期保护光学晶体避免发生损伤的作用。本发明方法简单，使用方便，能够有效防止高功率激光系统中的非线性光学晶体因长时间使用、激光光束能量过高或存在局部热点等导致的损坏。

Description

一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法
技术领域
本发明涉及一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法，属于光电技术领域。
背景技术
自上世纪60年代美国梅曼实验室制作出第一台红宝石激光器以来，激光科学及相关技术领域取得了迅猛发展。非线性光学效应在当代激光科学研究中有着广泛而深刻的应用，与此同时，对激光光路中非线性光学晶体的保护也日益成为激光相关领域的重要课题。
导致光路中非线性光学晶体损伤的原因有很多种，也所用激光类型有关。连续波激光一般通过热效应(镀膜或基底的吸收)引起损伤，而脉冲激光通常在引起热损伤之前就会通过介电击穿夺取光学元件晶格结构中的电子造成损伤。对于实际情况中，往往有以下几种可能造成光学晶体的损伤：1.激光功率密度高于晶体所能承受的激光能量阈值，通常是总功率过高或者激光光斑太小导致；2.由于激光器本身或光路中的透镜等光学元件导致的激光光束中能量分布不均匀、存在局部功率密度过高点；3.激光条件的突然改变导致的功率密度过高，例如脉冲激光器中偶发性的激光频率瞬时过高，这种情况往往是由于激光器等电路系统问题导致，无法预测，只能预防。对于具体的实际光学晶体，损伤也分晶体内部损伤以及表面镀膜损伤，因为镀膜往往会降低光学晶体的损伤阈值，对于镀膜晶体，往往表面镀膜先一步被损伤。针对这两种情况，也有两种修复方案，仅仅是镀膜损伤，抛光打磨除去表面镀膜之后重新镀膜即可，而晶体内部损伤则需切去损伤部分后重新抛光打磨并镀膜，由于镀膜本身有一定的成本，另外切短晶体之后是否适用也需考虑，因此需要综合实际情况考虑。
由于非线性光学晶体的价格昂贵，在发生损伤之后修复较为困难，也需一定成本；同时，由于这些晶体在使用时通常放置在固定位置并且可能需要严格温控，若发生损坏，需要对原有光路进行较大的改动，并需要在换好新晶体后重新调光，因此，更换晶体会造成极大的时间和财力浪费。针对非线性光学晶体容易被打坏的问题，目前还没有一种行之有效的解决方案。因而，本发明有望为这一难题提供一种经济简洁的解决思路。
发明内容
针对激光光路中的非线性光学晶体容易发生损伤的问题，本发明提供一种非线性光学晶体损伤防护方法。
本发明为实现上述目的采用的方案是：
一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法，该损伤防护方法中激光光路系统中包括非线性光学晶体片1和需要保护的非线性光学晶体2，将双面镀有对应激光波长增透膜的、与所保护的非线性光学晶体2材质完全相同的薄晶体片非线性光学晶体片1放置于需要保护的非线性光学晶体2前，二者均与激光垂直放置。所述的非线性光学晶体2通过其非线性光学特性，将入射的激光转换为所需波长的激光，以供后面光路使用。
所述的非线性光学晶体片1与非线性光学晶体2应处于同样激光光斑、功率密度条件下，考虑到激光聚焦和发散，二者相距1～10cm。
所述的非线性光学晶体片1两端镀膜，其入光面与出光面镀膜均与被保护的非线性光学晶体2镀膜完全相同。
所述的非线性光学晶体片1厚度为1～2mm，远小于非线性光学晶体2的厚度。
使用时，将非线性光学晶体片1置于所保护的非线性光学晶体片2前，由于该晶体片会先于后面的光学晶体发生损伤，只要在该晶体片发生表面损伤后及时更换新片，就可以起到长期保护光学晶体避免发生损伤的作用。
本发明的有益效果为：本发明方法简单，使用方便，能够有效防止高功率激光系统中的非线性光学晶体因长时间使用、激光光束能量过高或存在局部热点等导致的损坏。
附图说明
图1为高功率激光系统中光学晶体损伤防护示意图，箭头前进方向为激光在光路中的传播方向。
图中：1非线性光学晶体；2需要保护的非线性光学晶体。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
在订购被保护非线性光学晶体时，可以要求厂家制作同样材料的薄晶体片，长宽可和被保护晶体一样，也可根据光斑大小而定，薄晶体片可与被保护晶体一起镀膜，节约镀膜成本。晶体片和被保护晶体由同一厂家生产并保证条件相近，进而保证晶体质量相当，表面镀膜及晶体自身损伤阈值接近。晶体片切割角度视实际需求而定，可以与被保护晶体具有相同切割角。
实际应用之中，将薄晶体片放置于被保护晶体之前且尽量与激光垂直放置，如图1所示。应确保两者不能相距太远，相距1.6cm，且其间无其他导致光功率密度及光束质量明显变化的光学元件。这样就可以保证薄晶体片与被保护晶体处于相近光功率密度下。由于该晶体片与被保护晶体损伤阈值相近，故在发生意外的激光功率密度过高情况之下，晶体片会先于后面放置的被保护晶体发生损伤，而在薄晶体片损伤之后，其会吸收掉大量激光，进而保证被保护晶体不被损坏。之后只要及时更换光路中损伤的薄晶体片，就可以保护后面的光学晶体长期不发生损伤，大大延长被保护光学晶体的使用寿命。由于薄晶体片与激光垂直放置且较薄，其对激光偏折非常小，更换时往往不会对激光光路有较大影响，这样便避免了更换被保护晶体给整个激光系统带来的影响，节省了调节激光系统的时间。同时，由于晶体片的厚度较薄，为1.5mm，一般远小于被保护光学晶体的厚度，其价格更远低于被保护晶体的价格，大大降低了更换晶体所需的成本。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种高功率激光系统中光学晶体损伤防护方法，其特征在于，该损伤防护方法中激光光路系统中包括非线性光学晶体片(1)和需要保护的非线性光学晶体(2)，将双面镀有对应激光波长增透膜的、与所保护的非线性光学晶体(2)材质完全相同的薄晶体片非线性光学晶体片(1)放置于需要保护的非线性光学晶体(2)前，二者均与激光垂直放置；
所述的非线性光学晶体片(1)与非线性光学晶体(2)处于同样激光光斑、功率密度条件下，且二者相距1～10cm；
所述的非线性光学晶体片(1)两端镀膜，其入光面与出光面镀膜均与被保护的非线性光学晶体(2)镀膜完全相同；
所述的非线性光学晶体片(1)厚度为1～2mm，小于非线性光学晶体(2)的厚度。
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