專(zhuān)利名稱(chēng):高功率橫流二氧化碳激光選模腔的制作方法
本發(fā)明屬于橫流CO2激光腔，特別適用于高功率橫流CO2激光器改善激光束的方向性，獲得單模或低階模輸出。
為滿(mǎn)足高功率(千瓦乃至萬(wàn)瓦)CO2激光器多用途工業(yè)加工，如激光上釉、深透焊接及切割需要，尤其是對(duì)較厚金屬材料的焊接和切割，要求激光束有良好的方向性。國(guó)外在改善橫流CO2激光器光束質(zhì)量方面已做了十多年工作，但到目前為止，除了美國(guó)GTE Sylvania公司采用七折迭腔(拉長(zhǎng)腔法)來(lái)獲得單模和低階模輸出外(見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利3772610)，其余都采用非穩(wěn)腔來(lái)改善光束質(zhì)量，例如美國(guó)AVCO公司萬(wàn)瓦非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖一)〔見(jiàn)Applied Optics 13，1979(1974)〕，蘇聯(lián)原子能研究所萬(wàn)瓦級(jí)四次振蕩一次放大，非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖二)〔見(jiàn)Sov.J.Quant.Electr.10，1439(1980)〕，英國(guó)Culham實(shí)驗(yàn)室數(shù)千瓦級(jí)二通道非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖三)〔見(jiàn)Optics and Laser Technology 10，29，(1978)〕，日本三菱電機(jī)研究所數(shù)千瓦級(jí)非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖四)〔見(jiàn)L-ザ-研究，第10卷2號(hào)43(1982)〕。由圖一至圖四可以看出，非穩(wěn)腔在技術(shù)上比較復(fù)雜，需采用側(cè)向耦合輸出，至少要四塊腔鏡，且為空心環(huán)狀輸出;非穩(wěn)腔要求有較高的增益系數(shù)和增益長(zhǎng)度，即放大倍率不宜太小，否則會(huì)直接影響遠(yuǎn)場(chǎng)聚焦特性;非穩(wěn)腔調(diào)整困難，光學(xué)穩(wěn)定性要求高，調(diào)整容限在10-3弧度量級(jí)。
本發(fā)明的目的是盡量簡(jiǎn)化腔的結(jié)構(gòu)而獲得良好的激光束，要求達(dá)到激光功率高，光束方向性好，調(diào)整容限大。
本發(fā)明的高功率橫流CO2激光選模腔是一種兩球鏡選模腔，如圖五所示。圖中1是激光耦合窗口，2是激光反射鏡，均為球面鏡，激光耦合窗口為雙球面的凹凸透鏡，并且當(dāng)反射鏡為凹面反射鏡時(shí)，它與凸面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿(mǎn)足下列關(guān)系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1+ (L)/(｜R1｜) )(1- (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90當(dāng)反射鏡為凸面反射鏡時(shí)，(如圖六)它與凹面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿(mǎn)足下列關(guān)系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1- (L)/(｜R1｜) )(1+ (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90鏡1和鏡2的橫向尺寸以保證激光束不受攔截。
上述式子中，R1為激光耦合窗口兩球面的曲率半徑，R2為反射鏡的曲率，L為兩鏡之間距離。
激光耦合窗口是用ZnSe或GaAs制造的，周邊用水冷卻;反射鏡為銅質(zhì)鍍金的，采用背面水冷。
本發(fā)明的高功率橫流CO2激光選模腔，實(shí)驗(yàn)表明具有下列優(yōu)點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便;
2.可采用不鍍膜ZnSe作耦合窗口，全斑輸出;
3.不再受增益系數(shù)和增益長(zhǎng)度限制，可采用鍍膜技術(shù)來(lái)選擇適當(dāng)透過(guò)率;
4.調(diào)整容限較寬，理論計(jì)算及實(shí)測(cè)表明，該種腔的調(diào)整容限為10-4弧度量級(jí)，比非穩(wěn)腔大一個(gè)數(shù)量級(jí)，大大有利于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性要求。
5.電光轉(zhuǎn)換效率高，大于12%。
6.光束方向性，80%的激光能量在2毫弧度(半角)之內(nèi)。
實(shí)驗(yàn)表明，利用本發(fā)明的選模腔，已獲得低階模激光3000瓦的輸出，與多模輸出相比，約為90%左右。
權(quán)利要求
1.一種高功率橫流CO2激光選模腔，由一塊激光耦合窗口(1)和一塊激光反射鏡(2)組成，其特征在于所說(shuō)的激光耦合窗口和激光反射鏡均為球面鏡，并且當(dāng)反射鏡為凹面鏡時(shí)，它與凸面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿(mǎn)足下列關(guān)系。(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1+ (L)/(｜R1｜) )(1- (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90當(dāng)反射鏡為凸面鏡時(shí)，它與凹面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿(mǎn)足下列關(guān)系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1- (L)/(｜R1｜) )(1+ (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90鏡1和鏡2的橫向尺寸以保證激光束不受攔截。其中R1為激光耦合窗口(1)的曲率半徑，R2為反射鏡(2)的曲率半徑，L為兩鏡之間距離。
2.一種按照權(quán)利要求
1所說(shuō)的高功率橫流CO2激光選模腔，其特征在于所說(shuō)的激光耦合窗口是ZnSe或GaAs的，所說(shuō)的激光反射鏡為銅質(zhì)鍍金的。
3.一種按照權(quán)利要求
1或2所說(shuō)的高功率橫流CO2激光選模腔，其特征在于所說(shuō)的激光耦合窗口的周邊用水冷卻，所說(shuō)的激光反射鏡采取背面水冷。
專(zhuān)利摘要
一種適用于高功率橫流CO
文檔編號(hào)H01S3/08GK85104370SQ85104370
公開(kāi)日1986年12月3日 申請(qǐng)日期1985年6月8日
發(fā)明者程兆谷, 王潤(rùn)文 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan