CN102157890A - 一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔 - Google Patents

一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔，包括全反镜、4*N个转折镜、输出镜和激光工作介质；全反镜和输出镜垂直于光轴，中心均位于光轴上；4*N个转折镜均为平面高反射镜，中心都位于光轴上，其中，2*N个转折镜的法线与子午面平行，且相邻两个转折镜法线之间的夹角为90°，其余2*N个转折镜的法线与弧矢面平行，相邻两个转折镜法线之间的夹角也为90°，且4*N个转折镜的法线与光轴的夹角均为45°；激光工作介质位于所有与全反镜垂直的折叠臂上。该激光谐振腔消除了同一平面内转折镜的偏振选择现象。输出激光的偏振性由全反射镜的偏振选择特性决定，输出功率高，光束质量好，可用于中、高功率气体或固体激光器。

Description

一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔
技术领域
本发明属于激光器件领域，涉及到激光谐振腔，特别是一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔。
背景技术
在激光工业应用中，如激光焊接、激光切割等领域。激光的偏振特性对这些应用都有很大的影响。如激光切割中，采用线偏振光作为切割光束得到的切割质量不高，均匀性很差。而采用圆偏振光和随机偏振光得到的切割质量要优于线偏振光。
一般的工业用高功率激光器采用同一平面内的折叠腔，输出的都是线偏振光。应用前一般需要采用具有四分之一波长相位延迟的相位延迟镜将线偏振光转化为圆偏振光。这种方法需要外加相位延迟元件，增加了加工系统光路的复杂性，对激光功率有一定损失，成本提高，装配复杂。
而一般的直腔激光器在腔内未采用偏振选择元件时，输出的是随机偏振激光。但这类激光器腔长有限，于是也限制了激光的输出功率。所以这类直腔激光器尽管对偏振无选择性，但不能输出高功率激光，难以在工业加工中使用。
发明内容
本发明针对上述技术的不足，提出了一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔，本发明可以消除谐振腔折叠镜对腔内振荡光束偏振状态的影响，并可实现高功率激光的输出。
本发明提供的一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔，其特征在于：它包括全反镜、4*N个转折镜、输出镜和激光工作介质，N＝1、2或3；
全反镜和输出镜垂直于光轴，中心均位于光轴上；4*N个转折镜均为平面高反射镜。4*N个转折镜在光路上位于全反镜和输出镜之间，且各转折镜的中心均位于激光谐振腔的光轴上；法线与子午面平行的转折镜个数跟法线与弧矢面平行的转折镜个数相等，其中，法线与子午面平行的2*N个转折镜中，相邻两个转折镜法线之间的夹角为90°，其余法线与弧矢面平行的2*N个转折镜中，相邻两个转折镜法线之间的夹角也为90°。且4*N个转折镜的法线与光轴的夹角均为45°。光轴上，各相邻两个转折镜的镜面中心重合，激光工作介质位于所有与全反镜垂直的折叠臂上。
本发明具有以下优点：折叠腔结构不影响腔内光场的偏振性，谐振腔损耗低，增益长度大，可实现高功率输出，同时激光的光束质量也得到改善。适应性广，采用普通的球面镜或平面镜作为腔镜，可以得到高功率随机偏振的激光。而采用具有不同偏振选择性的腔镜可以得到线偏振光、径向偏振光、环向偏振光等各类偏振光束。结构简单、安装调试方便，能够满足中、高功率激光输出的要求。
附图说明
图1为本发明实施例1空间三折叠谐振腔结构示意图；
图2为本发明实施例2空间五折叠谐振腔结构示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本发明的一种具体实施方式1的结构具体包括全反镜1、4*N个转折镜(本实例中N＝1)2，3，4，5、输出镜6和激光工作介质7。
全反镜1是一个具有高反射率的反射镜，同时与全反射镜和第一、第二转折镜2，3垂直的平面位于子午面内，而同时与第三、第四转折镜4，5跟输出镜6垂直的平面位于弧矢面内。输出镜为一个部分反射率的反射镜。折叠臂是指折叠激光谐振腔内，光轴上，相邻两个镜体之间的空间。激光工作介质可以是气体，固体或液体，它位于所有与全反镜垂直的折叠臂上。
转折镜2，3，4，5的中心位于激光谐振腔的光轴上，转折镜2，3，4，5的法线与光轴的夹角均为45°。第一、第二转折镜2，3的法线之间的夹角为90°，第三、第四转折镜4，5的法线之间的夹角也为90°。光轴上各相邻两镜面中心重合。
平行于光轴入射的光线经过第一、第二转折镜2，3后，将平行于光轴反射。光束经过第一、第二转折镜2，3反射后，弧矢方向上偏振分量的强度将比子午方向上偏振分量强度高。平行于光轴入射的光线经过转折镜4，5后，将平行于光轴反射。光束经过转折镜4，5反射后，弧矢方向上偏振分量的强度将比子午方向上偏振分量的强度低。光束经过转折镜2，3，4，5反射后，各方向上的偏振分量的强度相同。这样就消除了同一平面内转折镜对腔内光束的退偏影响。与此同时也增加了谐振腔的长度，有利于提高激光光束质量和增强激光功率。
如图2所示，实例2为空间五折叠谐振腔结构。具体包括全反镜1、4*N个转折镜(本实例中N＝2)2，3，4，5，8，9，10，11，输出镜6和激光工作介质7。
转折镜2，3，8，9的法线均平行于子午面，转折镜2，3，8，9的法线与光轴的夹角均为45°，转折镜2，3法线之间的夹角与转折镜8，9法线之间的夹角均为90°。平行于光轴入射的光线分别经过转折镜2，3或转折镜8，9后，将平行于光轴反射。光束经过转折镜2，3，8，9反射后，弧矢方向上的偏振光强度将比子午方向上偏振分量的强度高。转折镜4，5，10，11的法线均平行于弧矢面，转折镜4，5，10，11的法线与光轴的夹角均为45°，转折镜8，9法线之间的夹角，与转折镜10，11法线之间的夹角均为90°。平行于光轴入射的光线分别经过转折镜4，5或转折镜10，11后，将平行于光轴被反射。光束经过转折镜4，5，10，11反射后弧矢方向上偏振分量的强度将比子午方向上偏振分量的强度低。光束经过转折镜2，3，4，5，8，9，10，11反射后，各方向上偏振分量的强度相同。同样不但消除了同一平面内转折镜对腔内光束的退偏影响，而且也增加了谐振腔的长度，有利于提高输出激光的功率和光束质量。
本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔，其特征在于：它包括全反镜、4*N个转折镜、输出镜和激光工作介质，N=1、2或3； 
全反镜和输出镜垂直于光轴，中心均位于光轴上；4*N个转折镜均为平面高反射镜，4*N个转折镜在光路上位于全反镜和输出镜之间，且各转折镜的中心均位于激光谐振腔的光轴上；法线与子午面平行的转折镜个数跟法线与弧矢面平行的转折镜个数相等，其中，2*N个转折镜的法线与子午面平行，且相邻两个转折镜法线之间的夹角为90°，其余2*N个转折镜的法线与弧矢面平行，相邻两个转折镜法线之间夹角也为90°，且4*N个转折镜的法线与光轴的夹角均为45°，光轴上，各相邻两个转折镜的镜面中心重合，激光工作介质位于所有与全反镜垂直的折叠臂上。
2.根据权利要求1所述的偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔，其特征在于：全反射镜为高反射率的偏振元件、平面镜、凹面镜或其他复曲面镜。
3.根据权利要求2所述的偏振不敏感的空间折叠激光谐振腔，其特征在于：高反射率的偏振元件为普通无偏振选择性的高反射镜面，或者具有偏振选择性膜的高反射镜，或者光栅。
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