專利名稱：高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外均認(rèn)為定向棱鏡諧振腔性能優(yōu)越。程勇等，定向棱鏡諧振腔的特性研究，中國激光2000年，V01.A27，NO.6。定向棱鏡為全反射鏡，激光棒的一端鍍部分反射膜平面為輸出鏡，構(gòu)成免調(diào)試式諧振腔。由于定向棱鏡諧振腔內(nèi)為平行光場，棱鏡偏轉(zhuǎn)不引起腔內(nèi)振蕩光線方向的改變。該腔允許失調(diào)角高達(dá)±20°，實測激光輸出能量變化不超過5％，具有高度抗失調(diào)能力和機(jī)械穩(wěn)定性。定向棱鏡腔內(nèi)的振蕩光線繞平行于光軸對稱位置(上下或左右)交叉穿行，能克服工作物質(zhì)內(nèi)部折射率、密度、應(yīng)力等不均勻分布，使增益趨于均勻，光場分布均勻，能提高輸出光束質(zhì)量，實現(xiàn)低階模輸出。
定向棱鏡諧振腔應(yīng)用在高功率大能量時會引起腔鏡熱變形。張躍寧等，硅鏡熱畸變研究，中國激光，1997年，V0 l.A24，NO.8，對于30KW短波長激光器(如D1，01激光器)，即使硅鏡表面反射率高達(dá)99.9％，硅鏡的熱變形已超過工作波長的1/10，不可避免地要影響激光束質(zhì)量。
本人認(rèn)為，腔鏡熱變形實旨是介質(zhì)非線性極化。介質(zhì)在光電場作用下產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力引起介質(zhì)變形。如果介質(zhì)變形小于工作波長的1/10(即小于入/10)，則介質(zhì)為線性極化，光通過線性介質(zhì)時頻率不變。若介質(zhì)變形大于入/10時，介質(zhì)為非線性極化，光通過非線性介質(zhì)時要產(chǎn)生新的頻率，激光束發(fā)生模式畸變，影響光束質(zhì)量。因此，諧振腔在工作范圍內(nèi)腔鏡熱變形必須小于入/10，否則影響激光束質(zhì)量。
目前定向棱鏡諧振腔，只能應(yīng)用于中小功率或中小能量激光器。在高功率大能量應(yīng)用時，由于腔鏡熱變形超過入/10，將引起介質(zhì)非線性極化，使激光束發(fā)生模式畸變，不能實現(xiàn)低階模輸出。此外，輸出鏡與激光高斯光束特性不匹配，也引起激光束發(fā)生模式畸變，影響輸出光束質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明重點解決定向棱鏡諧振腔，在高功率大能量應(yīng)用時將引起腔鏡熱變形超過入/10，發(fā)生非線性極化，使激光束發(fā)生模式畸變。此外解決輸出鏡與激光高斯光束特性不匹配，將引起激光束發(fā)生模式畸變，最終使激光諧振腔不能實現(xiàn)低階模輸出。
本發(fā)明高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔，其特征在于，由定向棱鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構(gòu)成，定向棱鏡(1)為全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)為輸出鏡。諧振腔按著理論公式設(shè)計，其特征在于，在所工作范圍內(nèi)基本上保證腔鏡熱變形小于入/10，激光束不會發(fā)生模式畸變。腔鏡選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，光束橫截面積盡量大，其特征在于，能有效降低溫差ΔT、降低熱應(yīng)力，能擴(kuò)展工作范圍。諧振腔輸出鏡采用雙稱雙凸鏡結(jié)構(gòu)形式，其特征在于，腔鏡結(jié)構(gòu)與激光高斯光束特性相匹配，不會引起激光束發(fā)生模式畸變，有利于低階模輸出。
本發(fā)明高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔，采取上述技術(shù)措施之后保留了定向棱鏡諧振腔優(yōu)點，克服了它的缺點。諧振腔應(yīng)用范圍大幅度提高，能擴(kuò)展到高功率大能量激光器應(yīng)用，并且實現(xiàn)低階模輸出。


附圖為一種高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔。
圖中1是定向棱鏡，2是對稱雙凸鏡。
具體實施例方式
一種高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔，其特征在于，由定向棱鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構(gòu)成，定向棱鏡(1)為全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)為輸出鏡。
諧振腔按照理論公式設(shè)計，其特征在于，在諧振腔工作范圍內(nèi)基本上滿足腔鏡熱變形小于入/10，激光束不發(fā)生模式畸變，在高功率大能量應(yīng)用時實現(xiàn)低階模輸出。
其中a——材料線膨脹系數(shù)μ——材料泊松比E——材料楊氏模量 K——材料導(dǎo)熱系數(shù)
β1——基底材料吸收系數(shù) β2——鍍膜吸收系數(shù)PL——激光器輸出功率 P——窗口內(nèi)外壓力差R——腔鏡橫截面半徑 r—— 腔鏡某一點距光軸距離入——激光波長 dmax——腔鏡最大厚度dmin——腔鏡最小厚度定向棱鏡、對稱雙凸鏡最大厚度按dmax公式計算確定，腔鏡壓邊厚度按dmin公式計算確定。對稱雙凸鏡兩曲面曲率半徑絕對值要相等，即|R1|＝|R2|。
腔鏡選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料，光束橫截面積盡量大，其特征在于，在諧振腔工作范圍內(nèi)有效降低溫差、降低熱應(yīng)力，諧振腔工作范圍能擴(kuò)寬。
由傳熱學(xué)平板式一維熱傳導(dǎo)公式Q＝K/δ(T1-T2)A＝K/δ·ΔT·A(1)由(1)式得ΔT＝Qδ/KA (2)其中T1——高溫側(cè)溫度T2——低溫側(cè)溫度K——導(dǎo)熱系數(shù) δ——平板厚度A——轉(zhuǎn)熱面積 Q——熱量由(2)式可知，當(dāng)Q一定時，溫差ΔT主要取決于K和A，當(dāng)K大A大時則ΔT小，熱應(yīng)力小。
權(quán)利要求
1.一種高功率大能量低階模輸出的激光諧振腔，其特征在于由定向棱鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構(gòu)成，定向棱鏡(1)為全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)為輸出鏡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光諧振腔，其特征在于諧振腔按理論公式設(shè)計 定向棱鏡、對稱雙凸鏡最大厚度按dmax確定，腔鏡壓邊厚度按dmiu確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述激光諧振腔，其特征在于在高功率大能量應(yīng)用時能實現(xiàn)低階模輸出。
4.按照權(quán)利要求1所述激光諧振腔，其特征在于，腔鏡選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料、光束橫截面積盡量大。
全文摘要
本發(fā)明提供一種高功效大能量低價模輸出的激光諧振腔，屬于激光技術(shù)領(lǐng)域。該發(fā)明重點解決定向棱鏡諧振腔在高功率大能量應(yīng)用時，腔鏡在熱應(yīng)力、壓差作用下引起熱變形大于入/10而導(dǎo)致激光束發(fā)生模式畸變，不能實現(xiàn)低階模輸出的問題。該發(fā)明激光諧振腔特征在于，由定向棱鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構(gòu)成，定向棱鏡(1)為全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)為輸出鏡，與激光高斯光束特性相匹配。諧振腔按照理論公式設(shè)計，腔鏡選用導(dǎo)熱系數(shù)高的材料、光束橫截面積盡量大，其特征在于，在諧振腔工作范圍內(nèi)能擴(kuò)寬，在高功率大能量應(yīng)用時能實現(xiàn)低價模輸出，能滿足工業(yè)用戶激光焊接、激光切割和激光熱處理等優(yōu)良激光加工要求。
文檔編號H01S3/08GK101017953SQ20071008641
公開日2007年8月15日 申請日期2007年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月8日
發(fā)明者石景林 申請人:石景林