CN103606802B

CN103606802B - 一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器

Info

Publication number: CN103606802B
Application number: CN201310656246.XA
Authority: CN
Inventors: 徐勇根; 樊群超; 王时建
Original assignee: Xihua University
Current assignee: Xihua University
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103606802A

Abstract

本发明公开了一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，涉及光学工程和激光应用领域。该激光器包括复曲面镜、轴锥镜、凹面镜、内圆筒、外圆筒、石英放电管、会聚透镜和支架。本发明提供的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，从输出镜输出的光束经会聚镜会聚后变成一束细小的中空环形二氧化碳激光束，具有功率大、相干性好、光束质量好、结构紧凑、体积小的优点，能直接架于加工机床进行加工。

Description

一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器

技术领域

本发明涉及光学工程和激光应用领域，尤其涉及的是一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器。

背景技术

激光加工是利用激光的能量高、方向性好、光斑小的特点对金属和非金属材料进行的高精度加工。在激光加工时，其能量是以光的形式会聚成一束密度非常高的激光束，当这样的光束到达被加工材料的表面时，将会产生巨大的热量，这时材料表面的温度迅速升高而被熔化，达到加工的目的。用于加工的激光器先后经历了以红宝石激光器和钕玻璃激光器为代表的脉冲激光器，以Nd:YAG激光器和二氧化碳激光器为代表的连续波激光器。近年来，国际上激光加工系统主要采用Nd:YAG激光器和二氧化碳激光器，其产值已达到40亿美元，其中二氧化碳激光器系统产值超过20亿美元。二氧化碳激光加工系统有三种主要形式：轴快流型、横流型和波导型二氧化碳激光器。轴快流型二氧化碳激光器是利用气体对流方式来排出工作气体的废热，从而提高电光转换效率和输出功率，1米长的放电长度能够输出超过600W的输出功率，并且电光转换效率也在20％以上，输出的激光束为基模高斯光束，主要用于金属、非金属材料的切割、焊接、打孔等。横流型二氧化碳激光器的气流方向和激光的输出方向是垂直的，增益体积大，可输出上万瓦的激光，但模式差，因此，主要用于金属材料的焊接、热处理和表面处理。波导型二氧化碳激光器输出功率可达800W以上，由于重量轻、体积小而直接被架于机床加工。以上三类激光器具有各自的优点，但也存在不足之处，两种流动型二氧化碳激光器输出功率高，能广泛应用于激光工业加工领域，但是此种激光器的体积过于庞大，因此加工机机头和激光器只能是分离的，且两者之间往往有较长的距离，目前无传输二氧化碳激光的光纤，因此激光的直线传输和光路控制都是依靠光学元件和相应的控制措施来实现。相比之下，平板波导型二氧化碳激光器体积小可直接架于加工机机床，但该激光器的输出功率受到结构的限制难以提高。在已有的专利中，虽然已提出了组合式圆筒放电高功率气体激光器(发明专利：名称：组合式圆筒放电高功率气体激光器的构建方法及装置，申请号：CN201210557750.X)，该激光器体积小、结构紧凑、能输出高功率激光，但其相干性不能达到一定要求。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供了一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器。

本发明的技术方案如下：

一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，包括复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、内圆筒(31)、外圆筒(32)、石英放电管(25)、会聚透镜(26)和第一支架(11)、第二支架(12)、第三支架(13)、第四支架(14)、第五支架(15)，其技术方案为：

1)复曲面镜(1)位于激光器谐振腔外，第一轴锥镜(2)被嵌套在复曲面镜(1)内，并与其保持同轴；复曲面镜(1)和第一轴锥镜(2)构成一个组合镜并被第一支架(11)支撑在激光器光路上；复曲面镜(1)和第一轴锥镜(2)的非反射面处于同一平面内，以便满足调腔精确度；

2)第一凹面镜(4)被嵌套在第二轴锥镜(3)内，两者保持同轴；第二轴锥镜(3)和第一凹面镜(4)构成另一个组合镜并被第四支架(14)支撑在激光器光路上；第二轴锥镜(3)和第一凹面镜(4)的非反射面仍处于同一平面内；

3)第一凹面镜(4)的中心区域是空心的，输出镜(24)放置在该空心位置；凹面反射镜(29)位于输出镜的右面，距离输出镜(24)35-40cm；会聚透镜(26)也位于输出镜(24)的右面，距离输出镜(24)50-55cm；

4)内圆筒(31)和外圆筒(32)构成一个组合式圆筒放置在分别由复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)和第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)构成的两组合镜之间，并与其保持同轴；

5)射频电源阳极(17)放置在内圆筒(31)和外圆筒(32)之间，且紧贴外圆筒(32)内壁和内圆筒(31)外壁；射频电源阴极(18)位于内圆筒(31)和外圆筒(32)两侧，且紧贴外圆筒(32)外壁和内圆筒(31)内壁；水冷套(19)由两同轴的圆柱组成；水冷套(19)、射频电源阴极(18)和组合式圆筒由第二支架(12)和第三支架(13)支撑在激光器光路上；

6)内圆筒放电区(7)、外圆筒放电区(10)内充满二氧化碳、氦气和氮气组成的高纯混合气体；

7)石英放电管(25)放置在激光器对称轴(16)上，并用小石英管(30)将其与组合式圆筒连接；第二凹面镜(23)位于组合式圆筒内，与输出镜(24)构成提供相位锁定源光束的两镜腔。

所述的复曲面镜(1)到内圆筒左端面(5)的距离为5-10cm；第二轴锥镜(3)到内圆筒右端面(6)的距离为5-10cm。

所述复曲面镜(1)和第一轴锥镜(2)构成的组合镜、第二轴锥镜(3)和第一凹面镜(4)构成的另一个组合镜、输出镜(24)、第二凹面镜(23)、凹面反射镜(29)、会聚透镜(26)以及组合式圆筒与激光器对称轴(16)同轴。

所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)均为全反射镜；输出镜(24)为部分反射镜，其材料为硒化锌。

所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、输出镜(24)及内圆筒放电区(7)、外圆筒放电区(10)构成六镜折叠腔，各个谐振腔曲率半径的选择应满足激光振荡的稳定性条件。

所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其石英放电管(25)放电并在第二凹面镜(23)、输出镜(24)两镜腔的作用下产生种子激光(27)，该种子激光(27)从输出镜(24)输出，然后被输出镜(24)的凸面部分反射并作为高斯激光束(28)发散地注入到组合式圆筒内，注入的高斯激光束(28)具有较大的光束尺寸和发散角，在第二凹面镜(23)的作用下被反射到达第一凹面镜(4)的反射面，被第一凹面镜(4)反射后到达第一轴锥镜(2)的反射面，再通过两次反射后经组合式圆筒内圆筒(31)到达第二轴锥镜(3)的反射面，通过两次反射后经组合式圆筒外圆筒(32)到达复曲面镜(1)的反射面；注入光束将在组合式圆筒谐振腔内来回振荡，如果注入信号较强，它将在组合式圆筒区域内激发相应的激光模式；如果注入光束能够在组合式圆筒区域内建立振荡，组合式圆筒激光器的本征模将被注入激光控制，并消耗组合式圆筒激活区域内的反转粒子，然后通过射频电源激励组合式圆筒内的混合气体，在组合式圆筒内将产生受激辐射光振荡，其振荡形式必然与注入信号的形式一致，该振荡光束在镜复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、输出镜(24)组成的六镜折叠腔的作用下在腔内振荡，消耗反转粒子，使电能转换为激光能量，并沿着各自轴线方向传播并被放大；当振荡光束在腔内形成稳定的模式时，从输出镜(24)可输出一束相干性极好的中空环形激光束(22)，该输出中空环形激光束(22)被会聚透镜(26)会聚后，可获得一束细细的相干性极好的平行中空环形二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。

所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其石英放电管(25)放电并在第二凹面镜(23)、输出镜(24)两镜腔的作用下产生种子激光(27)，该种子激光(27)从输出镜(24)输出，然后被位于轴上的凹面镜反射镜(29)的第一反射面部分反射并作为高斯激光束(28)发散地注入到组合式圆筒内；注入的高斯激光束(28)具有较大的光束尺寸和发散角，在第二凹面镜(23)的作用下被反射到达第一凹面镜(4)的反射面，被第一凹面镜(4)反射后达到第一轴锥镜(2)的反射面，再通过两次反射后经组合式圆筒内圆筒(31)到达第二轴锥镜(3)的反射面，通过两次反射后经组合式圆筒外圆筒(32)到达复曲面镜(1)的反射面；注入光束将在组合式圆筒谐振腔内来回振荡，如果注入信号较强，它将在组合式圆筒区域内激发相应的激光模式；如果注入光束能够在组合式圆筒区域内建立振荡，组合式圆筒激光器的本征模将被注入激光控制，并消耗组合式圆筒激活区域内的反转粒子，然后通过射频电源激励组合式圆筒内的混合气体，在组合式圆筒内将产生受激辐射光振荡，其振荡形式必然与注入信号的形式一致，该振荡光束在复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、输出镜(24)组成的六镜折叠腔的作用下在腔内振荡，消耗反转粒子，使电能转换为激光能量，并沿着各自轴线方向传播并被放大；当振荡光束在腔内形成稳定的模式时，从输出镜(24)可输出一束相干性极好的中空环形激光束(22)，该输出的中空环形激光束(22)被会聚透镜(26)会聚后，可获得一束细细的相干性极好的平行中空环形二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。

本发明提供的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，从输出镜输出的光束经会聚镜会聚后变成一束细小的中空环形二氧化碳激光束，具有功率大、相干性好、光束质量好、结构紧凑、体积小的优点，能直接架于加工机床进行加工。

附图说明

图1为三维组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器装置图。

图2为利用输出镜后表面的凸面进行相位锁定的原理图及组合式圆筒内振荡光束的光路图。

图3为利用凹面反射镜的第一表面反射进行相位锁定的原理图及组合式圆筒内振荡光束的光路图。

图中，1复曲面镜、2第一轴锥镜、3第二轴锥镜、4第一凹面镜、5内圆筒左端面、6内圆筒右端面、7内圆筒放电区、8外圆筒左端面、9外圆筒右端面、10外圆筒放电区、11第一支架、12第二支架、13第三支架、14第四支架、15第五支架、16激光器对称轴、17射频电源阳极、18射频电源阴极、19水冷套、20外圆筒内的振荡光束、21内圆筒内的振荡光束、22中空环形激光束、23第二凹面镜、24输出镜、25石英放电管、26会聚透镜、27种子激光、28高斯激光束、29凹面反射镜、30小石英管、31内圆筒、32外圆筒。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，包括复曲面镜1、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、内圆筒31、外圆筒32、石英放电管25、会聚透镜26和第一支架(11)、第二支架(12)、第三支架(13)、第四支架(14)、第五支架(15)，其技术方案为：

如图1所示：1)复曲面镜1位于激光器谐振腔外，第一轴锥镜2被嵌套在复曲面镜1内，并与其保持同轴；复曲面镜1和第一轴锥镜2构成一个组合镜并被第一支架11支撑在激光器光路上；复曲面镜1和第一轴锥镜2的非反射面处于同一平面内，以便满足调腔精确度；2)第一凹面镜4被嵌套在第二轴锥镜3内，两者保持同轴；第二轴锥镜3和第一凹面镜4构成另一个组合镜并被第四支架14支撑在激光器光路上；第二轴锥镜3和第一凹面镜4的非反射面仍处于同一平面内；3)第一凹面镜4的中心区域是空心的，输出镜24放置在该空心位置；凹面反射镜29位于输出镜的右面，距离输出镜2435-40cm；会聚透镜26也位于输出镜24的右面，距离输出镜2450-55cm；4)内圆筒31和外圆筒32构成一个组合式圆筒放置在分别由复曲面镜1、第一轴锥镜2和第二轴锥镜3、第一凹面镜4构成的两组合镜之间，并与其保持同轴；5)射频电源阳极17放置在内圆筒31和外圆筒32之间，且紧贴外圆筒32内壁和内圆筒31外壁；射频电源阴极18位于内圆筒31和外圆筒32两侧，且紧贴外圆筒32外壁和内圆筒31内壁；水冷套19由两同轴的圆柱组成；水冷套19、射频电源阴极18和组合式圆筒由第二支架12和第三支架13支撑在激光器光路上；6)内圆筒放电区7、外圆筒放电区10内充满二氧化碳、氦气和氮气组成的高纯混合气体；7)石英放电管25放置在激光器对称轴16上，并用小石英管30将其与组合式圆筒连接；第二凹面镜23位于组合式圆筒内，与输出镜24构成提供相位锁定源光束的两镜腔。

复曲面镜1到内圆筒左端面5的距离为5-10cm；第二轴锥镜3到内圆筒右端面6的距离为5-10cm。

复曲面镜1和第一轴锥镜2构成的组合镜、第二轴锥镜3和第一凹面镜4构成的另一个组合镜、输出镜24、凹面反射镜29、会聚透镜26以及组合式圆筒与激光器对称轴16同轴。

复曲面镜1、第一轴锥镜2、第二轴锥镜3、第一凹面镜4、第二凹面镜23均为全反射镜；输出镜24为部分反射镜，其材料为硒化锌。

复曲面镜1、第一轴锥镜2、第二轴锥镜3、第一凹面镜4、第二凹面镜23、输出镜24及内圆筒放电区7、外圆筒放电区10构成六镜折叠腔，各个谐振腔曲率半径的选择应满足激光振荡的稳定性条件。

如图2所示，石英放电管25放电并在第二凹面镜23、输出镜24两镜腔的作用下产生种子激光27，该种子激光27从输出镜24输出，然后被输出镜24的凸面部分反射并作为高斯激光束28发散地注入到组合式圆筒内，注入的高斯激光束28具有较大的光束尺寸和发散角，在第二凹面镜23的作用下被反射到达第一凹面镜4的反射面，被第一凹面镜4反射后到达第一轴锥镜2的反射面，再通过两次反射后经组合式圆筒内圆筒31到达第二轴锥镜3的反射面，通过两次反射后经组合式圆筒外圆筒32到达复曲面镜1的反射面；注入光束将在组合式圆筒谐振腔内来回振荡，如果注入信号较强，它将在组合式圆筒区域内激发相应的激光模式；如果注入光束能够在组合式圆筒区域内建立振荡，组合式圆筒激光器的本征模将被注入激光控制，并消耗组合式圆筒激活区域内的反转粒子，然后通过射频电源激励组合式圆筒内的混合气体，在组合式圆筒内将产生受激辐射光振荡，其振荡形式必然与注入信号的形式一致，该振荡光束在镜复曲面镜1、第一轴锥镜2、第二轴锥镜3、第一凹面镜4、第二凹面镜23、输出镜24组成的六镜折叠腔的作用下在腔内振荡，消耗反转粒子，使电能转换为激光能量，并沿着各自轴线方向传播并被放大；当振荡光束在腔内形成稳定的模式时，从输出镜24可输出一束相干性极好的中空环形激光束22，该输出中空环形激光束22被会聚透镜26会聚后，可获得一束细细的相干性极好的平行中空环形二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。

如图3所示，石英放电管25放电并在第二凹面镜23、输出镜24两镜腔的作用下产生种子激光27，该种子激光27从输出镜24输出，然后被位于轴上的凹面镜反射镜29的第一反射面部分反射并作为高斯激光束28发散地注入到组合式圆筒内；注入的高斯激光束28具有较大的光束尺寸和发散角，在第二凹面镜23的作用下被反射到达第一凹面镜4的反射面，被第一凹面镜4反射后达到第一轴锥镜2的反射面，再通过两次反射后经组合式圆筒内圆筒31到达第二轴锥镜3的反射面，通过两次反射后经组合式圆筒外圆筒32到达复曲面镜1的反射面；注入光束将在组合式圆筒谐振腔内来回振荡，如果注入信号较强，它将在组合式圆筒区域内激发相应的激光模式；如果注入光束能够在组合式圆筒区域内建立振荡，组合式圆筒激光器的本征模将被注入激光控制，并消耗组合式圆筒激活区域内的反转粒子，然后通过射频电源激励组合式圆筒内的混合气体，在组合式圆筒内将产生受激辐射光振荡，其振荡形式必然与注入信号的形式一致，该振荡光束在复曲面镜1、第一轴锥镜2、第二轴锥镜3、第一凹面镜4、第二凹面镜23、输出镜24组成的六镜折叠腔的作用下在腔内振荡，消耗反转粒子，使电能转换为激光能量，并沿着各自轴线方向传播并被放大；当振荡光束在腔内形成稳定的模式时，从输出镜24可输出一束相干性极好的中空环形激光束22，该输出的中空环形激光束22被会聚透镜26会聚后，可获得一束细细的相干性极好的平行中空环形二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。

实施例1

参照附图1、2，内圆筒31和外圆筒32厚度(即圆筒切面两同心圆环的宽度)均为1.5cm，外圆筒32半径为15cm，内圆筒31半径为12cm，两圆筒管芯距为3cm，外圆筒32长度为1.2m，内圆筒31长度为1.3m，两圆筒与激光器对称轴16保持同轴；复曲面镜1曲率半径为4.5m，第一轴锥镜2被嵌套在复曲面镜1内，二镜构成一组合镜并放置在内圆筒左端面5左边5cm处，第一凹面镜4曲率半径为1.6m，被嵌套在第二轴锥镜3内，二镜构成另一组合镜并被放置在内圆筒右端面6右边5cm处，整个装置与激光器对称轴16保持同轴。输出镜是5mm厚的硒化锌，其平行平面镀多层介质膜，使其对波长为10.6μm的光波反射率为80％，其背面对该波长镀增透膜；第二凹面镜23曲率半径为5m，与组合式圆筒共用一个输出镜24，输出镜24的凸面曲率半径大小为1.5cm，会聚透镜26焦距为10cm；两圆筒均以水冷方式冷却，圆筒内在达到真空133.3×10^-3Pa后按照CO₂:N₂:He＝2:3:5或近似比例充均匀混合气体10-20×133.3Pa；混合气体在辉光放电激励下，对波长为10.6μm的光波产生增益，位于石英放电管25应先于组合式圆筒放电，从而使谐振腔先产生输出，该输出光束被输出镜24的凸面反射并作为种子源发散地注入到组合式圆筒内，由于注入光波能够在组合式圆筒内建立振荡，因此，其振荡光束的波长和相位与注入光束一致，从输出镜24输出的光束是一束相干性极好的中空环形二氧化碳激光束。

实施例2

参照图1、3，内圆筒31和外圆筒32厚度(即圆筒切面两同心圆环的宽度)均为1.5cm，外圆筒32半径为15cm，内圆筒31半径为12cm，两圆筒管芯距为3cm，外圆筒32长度为1.2m，内圆筒31长度为1.3m，两圆筒与激光器对称轴16保持同轴；复曲面镜1曲率半径为4.5m，第一轴锥镜2被嵌套在复曲面镜1内，二镜构成一组合镜并放置在内圆筒左端面5左边5cm处，第一凹面镜4曲率半径为2m，被嵌套在第二轴锥镜3内，二镜构成另一组合镜并被放置在内圆筒右端面6右边5cm处，整个装置与激光器对称轴16保持同轴；输出镜24是5mm厚的硒化锌，其平行平面镀多层介质膜，使其对波长为10.6μm的光波反射率为80％，其背面对该波长镀增透膜；第二凹面镜23曲率半径为5m，与组合式圆筒共用一个输出镜24，输出镜24的凸面曲率半径大小为1.5cm，会聚透镜26焦距为10cm；两圆筒均以水冷方式冷却，圆筒内在达到真空133.3×10^-3Pa后按照CO₂:N₂:He＝2:3:5或近似比例充均匀混合气体10-20×133.3Pa；混合气体在辉光放电激励下，对波长为10.6μm的光波产生增益，石英放电管25应先于组合式圆筒放电，从而使谐振腔先产生输出，该输出光束被位于轴上的凹面反射镜的第一反射面反射并作为种子源发散地注入到组合式圆筒内，然后通过射频电源激励组合式圆筒内由二氧化碳、氦气、氮气组成的混合气体，由于注入光束能够在组合式圆筒内激发其本征模，因此，振荡光束的相位和波长与注入光束的相位和波长保持一致，从输出镜可输出一束相干性极好的中空环形二氧化碳激光束。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，包括复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、内圆筒(31)、外圆筒(32)、石英放电管(25)、会聚透镜(26)和第一支架(11)、第二支架(12)、第三支架(13)、第四支架(14)、第五支架(15)，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其特征是，复曲面镜(1)到内圆筒左端面(5)的距离为5-10cm；第二轴锥镜(3)到内圆筒右端面(6)的距离为5-10cm。

3.根据权利要求1所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其特征是，所述复曲面镜(1)和第一轴锥镜(2)构成的组合镜、第二轴锥镜(3)和第一凹面镜(4)构成的另一个组合镜、输出镜(24)、第二凹面镜(23)、凹面反射镜(29)、会聚透镜(26)以及组合式圆筒与激光器对称轴(16)同轴。

4.根据权利要求1所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其特征是，复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)均为全反射镜；输出镜(24)为部分反射镜，其材料为硒化锌。

5.根据权利要求1所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其特征是，复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、输出镜(24)及内圆筒放电区(7)、外圆筒放电区(10)构成六镜折叠腔，各个谐振腔曲率半径的选择应满足激光振荡的稳定性条件。

6.根据权利要求1-5任一所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其特征是，石英放电管(25)放电并在第二凹面镜(23)、输出镜(24)两镜腔的作用下产生种子激光(27)，该种子激光(27)从输出镜(24)输出，然后被输出镜(24)的凸面部分反射并作为高斯激光束(28)发散地注入到组合式圆筒内，注入的高斯激光束(28)具有较大的光束尺寸和发散角，在第二凹面镜(23)的作用下被反射到达第一凹面镜(4)的反射面，被第一凹面镜(4)反射后到达第一轴锥镜(2)的反射面，再通过两次反射后经组合式圆筒内圆筒(31)到达第二轴锥镜(3)的反射面，通过两次反射后经组合式圆筒外圆筒(32)到达复曲面镜(1)的反射面；注入光束将在组合式圆筒谐振腔内来回振荡，如果注入信号较强，它将在组合式圆筒区域内激发相应的激光模式；如果注入光束能够在组合式圆筒区域内建立振荡，组合式圆筒激光器的本征模将被注入激光控制，并消耗组合式圆筒激活区域内的反转粒子，然后通过射频电源激励组合式圆筒内的混合气体，在组合式圆筒内将产生受激辐射光振荡，其振荡形式必然与注入信号的形式一致，该振荡光束在镜复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、输出镜(24)组成的六镜折叠腔的作用下在腔内振荡，消耗反转粒子，使电能转换为激光能量，并沿着各自轴线方向传播并被放大；当振荡光束在腔内形成稳定的模式时，从输出镜(24)可输出一束相干性极好的中空环形激光束(22)，该输出中空环形激光束(22)被会聚透镜(26)会聚后，可获得一束细细的相干性极好的平行中空环形二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。

7.根据权利要求1-5任一所述的相位锁定组合式圆筒放电高功率二氧化碳激光器，其特征是，石英放电管(25)放电并在第二凹面镜(23)、输出镜(24)两镜腔的作用下产生种子激光(27)，该种子激光(27)从输出镜(24)输出，然后被位于轴上的凹面镜反射镜(29)的第一反射面部分反射并作为高斯激光束(28)发散地注入到组合式圆筒内；注入的高斯激光束(28)具有较大的光束尺寸和发散角，在第二凹面镜(23)的作用下被反射到达第一凹面镜(4)的反射面，被第一凹面镜(4)反射后达到第一轴锥镜(2)的反射面，再通过两次反射后经组合式圆筒内圆筒(31)到达第二轴锥镜(3)的反射面，通过两次反射后经组合式圆筒外圆筒(32)到达复曲面镜(1)的反射面；注入光束将在组合式圆筒谐振腔内来回振荡，如果注入信号较强，它将在组合式圆筒区域内激发相应的激光模式；如果注入光束能够在组合式圆筒区域内建立振荡，组合式圆筒激光器的本征模将被注入激光控制，并消耗组合式圆筒激活区域内的反转粒子，然后通过射频电源激励组合式圆筒内的混合气体，在组合式圆筒内将产生受激辐射光振荡，其振荡形式必然与注入信号的形式一致，该振荡光束在复曲面镜(1)、第一轴锥镜(2)、第二轴锥镜(3)、第一凹面镜(4)、第二凹面镜(23)、输出镜(24)组成的六镜折叠腔的作用下在腔内振荡，消耗反转粒子，使电能转换为激光能量，并沿着各自轴线方向传播并被放大；当振荡光束在腔内形成稳定的模式时，从输出镜(24)可输出一束相干性极好的中空环形激光束(22)，该输出的中空环形激光束(22)被会聚透镜(26)会聚后，可获得一束细细的相干性极好的平行中空环形二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。