專利名稱：直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光諧振腔。
背景技術(shù)：
高能激光器件設(shè)計(jì)中的主要問(wèn)題是，如何獲得盡可能大的模體積和好的橫模鑒別能力，以實(shí)現(xiàn)高能量單模運(yùn)轉(zhuǎn)，從而既能從激活物質(zhì)中高效率地提取能量，又能保持高的光束質(zhì)量。
常用的激光諧振腔有穩(wěn)定腔、非穩(wěn)腔和臨界腔。穩(wěn)定腔的主要優(yōu)點(diǎn)是損耗低，在所有穩(wěn)定腔中，傍軸光線的幾何偏折損耗均為零，而且只要腔的菲涅爾數(shù)不太小，衍射損耗通常也小到可以忽略。穩(wěn)定腔存在的主要缺點(diǎn)是模體積小，對(duì)于典型的穩(wěn)定腔激光器，基模體積通常只占整個(gè)激活介質(zhì)體積的很小一部分。實(shí)際上，穩(wěn)定腔的高斯基模就像一條細(xì)長(zhǎng)的帶子一樣處在激活物質(zhì)的軸線附近，大部分激活能量都不能有效地轉(zhuǎn)化為高斯基模的激光能量。特別值得指出的是，對(duì)非涅爾數(shù)較大的穩(wěn)定腔，光斑半徑及基模體積與腔的橫向尺寸(它通常由氣體放電管或固體激光棒的直徑?jīng)Q定)無(wú)關(guān)。因此，當(dāng)腔長(zhǎng)一定時(shí)，我們不可能用增大激活物質(zhì)的橫向尺寸的辦法來(lái)增加基模體積，從而提高激光器的輸出功率。相反地，激活物質(zhì)的橫向尺寸越大，工作物質(zhì)的利用系數(shù)越低。穩(wěn)定腔另一個(gè)缺點(diǎn)是，當(dāng)腔的菲涅爾數(shù)較大時(shí)，若干較低階橫模的衍射損耗都小到可以忽略，因而諧振腔也就實(shí)際上失去了橫模選擇能力。這將不可避免地導(dǎo)致多模運(yùn)轉(zhuǎn)，從而降低光束質(zhì)量。穩(wěn)定腔運(yùn)轉(zhuǎn)于多模狀態(tài)可以增大模體積，從而提高激活物質(zhì)的利用系數(shù)并增加輸出功率。因?yàn)榉€(wěn)定腔模體積隨模的階次增大而增大，當(dāng)足夠的厄米高斯(或拉蓋爾高斯)模形成震蕩時(shí)，即可提高激活物質(zhì)的利用系數(shù)，但這時(shí)光束質(zhì)量將比基模光束差得多。
在實(shí)踐中最重要，最常用的非穩(wěn)腔是虛共焦非穩(wěn)腔。它由一凹面鏡和一凸面鏡組成。凹面鏡的實(shí)焦點(diǎn)和凸面鏡的虛焦點(diǎn)重合，公共焦點(diǎn)在腔外。通過(guò)選擇反射鏡的尺寸，平面波將有效地通過(guò)全部工作物質(zhì)。這時(shí)激活物質(zhì)的利用效率最高并能獲得準(zhǔn)直的，均勻的輸出光束。對(duì)圓形鏡腔其遠(yuǎn)場(chǎng)圖就是一個(gè)被平面波均勻照明的圓環(huán)的衍射圖樣。虛共焦非穩(wěn)定腔的不足之處，就是圓環(huán)衍射圖樣的能量分布相對(duì)于圓孔衍射，將有相當(dāng)?shù)哪芰糠植荚谥車镰h(huán)上，遠(yuǎn)場(chǎng)能量分布不夠集中。虛共焦非穩(wěn)腔的調(diào)整過(guò)程復(fù)雜，要求高。
平行平面腔由一平面全反鏡和一平面輸出鏡組成。兩平面鏡相互平行。輸出均勻平行光束。平平腔的主要優(yōu)點(diǎn)是光束發(fā)散角小，模體積較大，比較容易獲得單模振蕩。其主要缺點(diǎn)是調(diào)整精度要求極高且容易失調(diào)，苛刻的平行度要求嚴(yán)重限制了它的應(yīng)用。
申請(qǐng)?zhí)?9816848.3公開(kāi)了一種《諧振腔含有陀螺形圓錐棱鏡的激光器》。將平行平面腔的全反鏡用直角圓錐棱鏡取代，利用直角圓錐棱鏡的逆向反射特性組成直角圓錐棱鏡腔，可以大大降低腔的調(diào)整要求。同時(shí)，由于該腔的準(zhǔn)相位共軛特性，還可以對(duì)由于激活介質(zhì)增益分布不均勻?qū)е碌墓鈴?qiáng)分布不均勻進(jìn)行補(bǔ)償，從而提高了光束質(zhì)量。直角圓錐棱鏡腔除具有平行平面腔的大模體積，小發(fā)散角的優(yōu)點(diǎn)外，還具有高穩(wěn)定性。但是直角圓錐棱鏡腔存在以下缺點(diǎn)棱鏡相對(duì)平面反射鏡或球面反射鏡較多吸收光能而發(fā)熱，且散熱冷卻困難，故直角圓錐棱鏡腔的熱穩(wěn)定性低，不能用于高能激光情況；另外，由于工作在某些波段的棱鏡需要光學(xué)晶體制造，這些光學(xué)晶體價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)散熱冷卻困難、熱穩(wěn)定性低、不能用于高能激光的不足之處，提供一種直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔，該激光諧振腔不僅抗失調(diào)能力強(qiáng)、免調(diào)試、改善了光束質(zhì)量，而且具有高熱穩(wěn)定性，可以用于大功率激光器。
為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是一種直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔，包括全反射鏡、平面輸出鏡及激光工作介質(zhì)，全反射鏡為直角內(nèi)圓錐面反射鏡。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和效果1、本實(shí)用新型具有大模體積，小發(fā)散角，平面波光場(chǎng)以及準(zhǔn)相位共軛性質(zhì)，而且該腔便于冷卻散熱，其激光輸出同時(shí)具有高能量、高光束質(zhì)量和高穩(wěn)定性。
2、由于直角內(nèi)圓錐面反射鏡沒(méi)有折射現(xiàn)象，近場(chǎng)光斑分布均勻，遠(yuǎn)場(chǎng)光能集中，光腔更便于調(diào)整，工作更穩(wěn)定。
3、使用直角內(nèi)圓錐面反射鏡可以降低制造成本。


圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為圖1中直角內(nèi)圓錐面反射鏡的一種安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
圖3為圖1中直角內(nèi)圓錐面反射鏡一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為圖3的左視圖。
圖5為本實(shí)用新型另一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
由圖1和圖2所示，一種直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔，包括全反射鏡1、平面輸出鏡2及激光工作介質(zhì)3，全反射鏡1為直角內(nèi)圓錐面反射鏡，反射鏡1的頂角是直角，其內(nèi)表面為反射面，反射面可鍍反射膜，軸線最好垂直于底平面。安裝時(shí)，直角內(nèi)圓錐面反射鏡1的頂點(diǎn)最好位于激光腔的光軸上，底平面與光軸垂直?？蓪⒅苯莾?nèi)圓錐面反射鏡1通過(guò)螺紋聯(lián)接或用螺釘固定等方式固定在座板4上，再將座板4通過(guò)螺栓等連接方式固定在光橋支撐座5上，且座板4的光孔中心線與支撐座5的光腔中心線重合。平面輸出鏡2垂直光軸放置，其外表面可鍍?cè)鐾改?，?nèi)表面可鍍部分反射膜。直角內(nèi)圓錐面反射鏡1的光學(xué)性質(zhì)是任何方向的入射光線經(jīng)內(nèi)圓錐面反射后，反射光線與入射光線平行。或者說(shuō)，只要入射光線方向不變，無(wú)論直角內(nèi)圓錐面反射鏡1繞其頂點(diǎn)如何晃動(dòng)，反射光線的方向始終不變，與入射光線方向保持一致。根據(jù)這一性質(zhì)，諧振腔輸出光線的方向與平面輸出鏡的法線方向相同，且當(dāng)直角內(nèi)圓錐面反射鏡1頂點(diǎn)位于光軸附近，底平面與光軸近似垂直時(shí)即可出光，出光能量與光束質(zhì)量沒(méi)有明顯下降。
由圖3和圖4所示，本實(shí)用新型應(yīng)用于大功率激光器時(shí)，直角內(nèi)圓錐面反射鏡1和平面輸出鏡2應(yīng)用水冷卻，以防止過(guò)熱而損壞?？刹捎猛ǔ＝Y(jié)構(gòu)在直角內(nèi)圓錐面反射鏡1上開(kāi)有水槽6，用流動(dòng)自來(lái)水冷卻。直角內(nèi)圓錐面反射鏡1和平面輸出鏡2可選用導(dǎo)熱性能好的，如銅、硅晶體材料制成，使反射鏡1和輸出鏡2的熱變形保持在較低程度。而用于中、小功率激光器時(shí)，可以不必冷卻。
由于加工精度的原因，在直角內(nèi)圓錐面反射鏡1的頂部有一微孔，孔直徑與金剛石超精密光學(xué)加工車床的刀具有關(guān)，要求盡可能的小。現(xiàn)精度已能達(dá)到納米級(jí)，其孔為通孔或盲孔。若制成通孔，通孔用透光鏡片密封，此時(shí)可通過(guò)小孔處釋放的光能檢測(cè)諧振腔的振蕩功率或能量。
由圖5所示，當(dāng)本實(shí)用新型用于固體激光器時(shí)，在激光棒7的輸出端鍍部分反射膜，以取代平面輸出鏡2。另外，在激光棒7的輸入端最好鍍?cè)鐾改ぃす獍?的中心線為激光腔的光軸。
本實(shí)用新型可用于氣體激光器、固體激光器，高功率激光器或中、小功率激光器等。
權(quán)利要求1.一種直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔，包括全反射鏡、平面輸出鏡及激光工作介質(zhì)，其特征在于全反射鏡為直角內(nèi)圓錐面反射鏡(1)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光諧振腔，其特征在于直角內(nèi)圓錐面反射鏡(1)的頂點(diǎn)位于激光腔的光軸上，底平面與光軸垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光諧振腔，其特征在于在直角內(nèi)圓錐面反射鏡(1)上開(kāi)有水槽(6)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光諧振腔，其特征在于在直角內(nèi)圓錐面反射鏡1的反射面鍍反射膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光諧振腔，其特征在于在直角內(nèi)圓錐面反射鏡1的頂部有一通孔，通孔用透光鏡片密封。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光諧振腔，其特征在于在激光棒(7)的輸出端鍍部分反射膜，以取代平面輸出鏡(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光諧振腔，其特征在于在激光棒(7)的輸入端鍍?cè)鐾改?，激光?7)的中心線為激光腔的光軸。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔。包括全反射鏡、平面輸出鏡及激光工作介質(zhì)，全反射鏡為直角內(nèi)圓錐面反射鏡，該反射鏡的頂角是直角，軸線垂直于底平面，其內(nèi)表面為反射面，反射面鍍高反膜。直角內(nèi)圓錐面反射鏡的頂點(diǎn)位于激光腔的光軸上，底平面與光軸垂直。該激光諧振腔輸出實(shí)心平行光束，近場(chǎng)光斑光強(qiáng)分布均勻，遠(yuǎn)場(chǎng)光能集中，發(fā)散角極小，模體積大，調(diào)整極其方便，工作極其穩(wěn)定，可以用于氣體或固體激光器，高功率或中小功率激光器。
文檔編號(hào)H01S3/08GK2681412SQ20042001713
公開(kāi)日2005年2月23日 申請(qǐng)日期2004年2月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月11日
發(fā)明者李宏棋, 程祖海 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)