專利名稱:闌孔非穩腔的制作方法
本發明屬于激光諧振腔領域。
大功率橫向激勵氣體激光器由于增益區截面積較大，往往采用大口徑鏡片組成的諧振腔耦合輸出，但由于其衍損耗較小，而無法抑制高階模振蕩，因此輸出光束的發散角很大，給激光加工帶來了致命弱點。
目前，通常采用的方法是光闌選模法、多折腔和非穩腔。光闌選模法因損失了大部分增益區，所以造成輸出功率大幅度下降;多折腔是利用增加有效腔長來提高衍射損耗，從而達到抑制高階模的目的，但結構復雜、難以調整，輸出功率也有較大幅度的下降;共焦非穩腔能實現腔內基模振蕩，并能充分利用增益區，但僅能輸出空心平面波，但這種光束在其遠場分布中除了中心主極大外，還存在著多階次極大，給激光加工帶來了不利因素，且因非穩腔采用的是側向輸出，所以結構復雜、難以調整。
為了解決上述不足，本發明提出了一種闌孔非穩腔，采用軸向耦合輸出方式，既能實現腔內基模振蕩，充分利用增益區，又能實現實心模輸出。由腔內的基模輸出方式，使遠場具有距離可調雙焦點。
本發明的內容包括由凹面全反鏡、環形全反鏡、凸面輸出鏡或凹面輸出鏡、環形全反鏡、凸面全反鏡組成，構成闌孔共焦非穩腔。凹面全反鏡與環形全反鏡、凸面輸出鏡位于同光軸;凹面輸出鏡與環形全反鏡、凸面全反鏡位于同光軸。凸面輸出鏡的內曲率半徑R2與外曲率半徑R3相等，凹面輸出鏡的內曲率半徑R1與外曲率半徑R4相等。該腔內振蕩的基模輸出方式可以是輸出平面波與輸出會聚球面波，其遠場具有距離可調的雙焦點;也可以是輸出平面波與輸出發散球面波，其遠場具有距離可調的雙焦點。該腔輸出方式可以采用軸向輸出，可獲得實心的光束近場。
本發明的優點在于1.采用光闌選模法獲得的基模或類基模的輸出功率約為相應多模穩腔的40%-45%;用多折腔所能獲得的基模或類基模的輸出功率約為相應多模穩腔的60%左右;用傳統非穩腔所能獲得的功率約為相應多模穩腔的65%左右。而闌孔非穩腔所能輸出的基模功率是多模穩腔的65%以上，遠場處的最小光斑面積則只有多模穩腔的九分之一，因而相應的功率密度提高了約5-6倍。
2.本發明具有雙焦點的遠場特點。因此，為激光加工如打孔、切割、深焊等提供了一項新技術，且對提高切縫光潔度、提高加工速度均有好處。
3.本發明的光電效率與共焦非穩腔相當，但有更好的遠場分布及近場分布，其遠場發散角約為1.7毫弧度。而傳統非穩腔輸出的激光的發散角為5.7毫弧度，因此明顯改善了光束質量。
4.本發明結構簡單，成本較低，易于調整。
及發明實施圖1為一種闌孔非穩腔結構圖。
這種闌孔非穩腔是在共焦非穩腔的基礎上，用一環形全反鏡(2)將即要輸出的環狀平面波全部反射回腔內，再經腔內往返振蕩多次，再從凸面輸出鏡(3)中心透射區耦合輸出，這時光闌的等效孔徑相當于圖中的ωo。光闌外的增益區(8)通過鏡片口徑M的選擇，可被全部利用。由于腔內激光存在兩個振蕩方向，所以腔內自左向右振蕩的平面波(6)輸出一個口徑為ωo的實心平面波(4)，腔內自右向左振蕩的平面波(7)經凹面全反鏡(1)反射后，輸出口徑為ωo的實心會聚球面波(5)，二者在遠場處的焦點不重合，從而為激光加工提供了雙焦點特點。為了避免凸面輸出鏡內反射對腔內模式的不良影響，該凸面輸出鏡(3)的內、外曲率半徑必須相等，即R2＝R3。
圖2為另一種闌孔非穩腔結構圖。
這種闌孔非穩腔是在共焦非穩腔的基礎上，用一環形全反鏡(2)將即要輸出的環狀平面波(11)全部反射回腔內，而從凹面輸出鏡(9)耦合輸出，凸面全反鏡(10)與凹面輸出鏡(9)構成共焦腔，這時光闌的等效孔徑相當于圖中的φ。這樣可以輸出口徑為M的實心平面波(4)和與其夾角極小的實心發散球面波(12)，二者在遠場處的焦點不重合，從而為激光加工提供了雙焦點特點。為了避免凹面輸出鏡內反射對腔內模式的不良影響，該凹面輸出鏡(10)的內、外曲率半徑必須相等，即R1＝R4。
圖3(a)為闌孔非穩腔輸出的近場圖。
實驗表明它是均勻蜂窩狀的光強分布，與傳統的各類諧振腔不同。
圖3(b)為闌孔非穩腔的光束遠場分布圖。
其中兩種波的遠場相互疊加，圖中△為雙焦點距離。
圖3(c)為闌孔非穩腔失諧時光束的遠場分布圖。這時兩種波的遠場分布錯開而無法重疊。
圖3(d)為闌孔非穩腔的輸出激光在遠場中的最小光斑尺寸，其中直徑為d1。
圖3(e)為相應穩腔多模輸出在遠場處的最小光斑尺寸，其中直徑為d2。
實驗表明d1≈d2/3，即可大大提高激光的聚焦特性。
闌孔(共焦)非穩腔適用于大體積放電的氣體激光器，尤其適用于大功率橫向激勵連續CO2激光器。
權利要求
1.一種闌孔非穩腔，其特征在于該非穩腔由凹面全反鏡(1)或凹面輸出鏡(9)、環形全反鏡(2)、凸面輸出鏡(3)或凸面全反射鏡(10)組成，構成闌孔共焦非穩腔，凹面全反鏡(1)與環形全反鏡(2)、凸面輸出鏡(3)或凹面輸出鏡(9)與環形全反鏡(2)、凸面全反鏡(10)同光軸，所說的凸面輸出鏡(3)的內曲率半徑R2等于外曲率半徑R3或所說的凹面輸出鏡(9)的內曲率半徑R1等于外曲率半徑R4。
2.一種如權利要求
1所述的闌孔非穩腔，其特征在于腔內振蕩的基模輸出方式為輸出平面波(4)與輸出會聚球面波(5)或輸出平面波(4)與輸出發散球面波(12)，其遠場具有距離可調的雙焦點。
3.一種如權利要求
1，2所述的闌孔非穩腔，其特征在于該腔輸出方式采用可獲得光束近場為實心軸向輸出。
專利摘要
一種可適用于大增益區大功率橫向激勵氣體激光器的闌孔非穩腔。該腔采用軸向出光方式，結構簡單，易于調整，結合了闌孔選模和共焦非穩腔的所有優點，在腔內實現了能充分利用增益區的基模振蕩。近場輸出實心的平面波及與其夾角很小的實心球面波，顯著改善了光束質量，且該腔為激光加工提供了距離可調的雙焦點遠場激光分布。
文檔編號H01S3/08GK87100271SQ87100271
公開日1988年7月27日 申請日期1987年1月13日
發明者張宗真, 丘軍林, 龔志偉, 孫書華, 唐宗化 申請人:華中工學院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan