CN105048264A - 一种多棱柱激光器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多棱柱激光器，属于激光器领域；包括外部形状为正n棱柱状的增益介质和位于中心的冷却系统，所述增益介质的侧面中一个面镀(90-180/n)°部分反射膜，其余n-1个面镀(90-180/n)°全反射膜，所述冷却系统外表面镀(90-180/n)°全反射膜；本发明所述的多棱柱激光器具有其独特的优点，充分的利用介质，结构简单，而且能很好的对工作介质冷却，提高生产效率，且方便生产，有利于在工业上的推广。

Description

一种多棱柱激光器

技术领域

本发明属于激光器领域，尤其是一种多棱柱激光器。

背景技术

激光器在激光加工工业上有广泛的应用，激光器可以用来对材料进行打标、打孔、切割、焊接、冲击成形、使材料相变硬化等。这些对激光器的功率和功率的控制有很多要求。常规的激光器谐振腔，激光增益介质一般采用棒状结构，光学谐振腔设置在棒状增益介质的轴线上，产生的激光沿增益介质的轴线纵向传输振荡。对于固体激光器而言，激光工作介质只能将部分泵浦能量转化为激光输出，相当一部分泵浦能量转变工作介质内的废热。这些废热会引起严重的负面效应，其中热致折射率梯度即为其负面效果之一。激光工作介质内的热致折射率梯度，会使得原本折射率均匀的激光介质变为类透镜介质，这种效应称为热透镜效应。热透镜效应会导致光束波前畸变，光束会聚，严重时光束聚焦于激光介质内部，在材料内部产生激光损伤。因此，散热问题一直都是影响激光器输出功率提高和激光器输出光束质量的瓶颈问题。

中国专利CN103887691A公开了一种环形腔激光器，包括激励源、半导体增益介质和谐振腔。该发明将半导体增益介质的前端面作为谐振腔腔镜，构成的谐振腔中包括了半导体增益介质，利用法拉第旋转片及λ/2片使得激光在腔内往返一次通过半导体增益介质时偏振方向一致，且在增益介质外保持单向传输，再结合腔内其他偏振光学元件，使得往返光方向分离，从而实现环形腔结构。但是光路结构复杂，难以大规模制造；有效激光增益介质采用棒状结构，散热问题没有得到较好的缓解。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种多棱柱激光器，光路结构简单，易于大规模生产，且散热问题得到解决。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种多棱柱激光器，包括外部形状为正n棱柱状的增益介质和位于中心的冷却系统，所述增益介质的侧面中一个面镀(90-180/n)°部分反射膜，其余n-1个面镀(90-180/n)°全反射膜。

进一步，所述反射膜为金属反射膜、全电解质反射膜或金属电解质反射膜。

在上述方案中，所述冷却系统为冷却介质、冷气或冷却装置。

在上述方案中，所述增益介质为固体增益介质。

激光束进入本发明所述的多棱柱激光器中，在前n-1个正多棱柱侧面以角度(90-180/n)°发生全反射，形成振荡，最终形成稳定的激光束从第n个镀部分反射膜的侧面输出，输出光即为激光振荡器输出光。

镀全反射膜是为了增加反射率形成振荡，镀半透半反膜是为了在形成振荡的基础上，激光的输出，根据不同的光束和材料界面，选取相应的镀膜。

本发明所述的多棱柱激光器具有其独特的优点，充分的利用介质，结构简单，而且能很好的对工作介质冷却，提高生产效率，且方便生产，有利于在工业上的推广。

附图说明

图1为本发明所述多棱镜激光器的俯视图。

图2为本发明实施例2所述正六棱柱激光器的俯视图。

图3为本发明实施例1所述正五棱柱激光器的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示的多棱镜激光器的俯视图，包括外部形状为正n棱柱状的增益介质1和位于中心的冷却系统2，所述增益介质的侧面中一个面Sn镀(90-180/n)°部分反射膜，其余n-1个面S1～S(n-1)镀(90-180/n)°全反射膜。

实施例1

如图2所示，以六棱柱激光器为例，在五棱柱的侧面S1～侧面S5镀反射角为60°的全反射膜，在侧面S6镀反射角为60°的部分反射膜，激光束由侧面S1～侧面S5发生全反射，最终从镀部分反射膜的侧表面S6出射激光；冷却系统内部为冷却水，冷却水对正六棱柱状固体增益介质1进行冷却。

在六棱柱激光器中，光在侧表面的传输矩阵为 $\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& \frac{1}{4}\end{array}\right],$ 在边长为单位1的情况下，光在介质里的传输矩阵为 $\left[\begin{array}{cc}1& \frac{\sqrt{3}}{4}\\ 0& 1\end{array}\right],$ 光在腔内往返一次总的变换矩阵为 $T=\left[\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& 0.0002\end{array}\right],$ 根据谐振腔的稳定性条件： $T=\left[\begin{array}{cc}A& B\\ C& D\end{array}\right],$ 当时是稳定腔可知，六棱柱激光器的谐振腔为稳定腔。

实施例2

如图3所示，以五棱柱激光器为例，在正五棱柱的侧面S1～侧面S4镀反射角为54°的全反射膜，在侧面S5镀反射角为54°的部分反射膜，激光束由侧面S1～侧面S4发生全反射，最终从镀部分反射膜的侧表面S5出射激光；冷却系统2内部为冷却装置，冷却水对正五棱柱状固体增益介质1进行冷却。经计算，无棱柱激光器的谐振腔也为稳定腔。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种多棱柱激光器，其特征在于，包括外部形状为正n棱柱状的增益介质和位于中心的冷却系统，所述增益介质的侧面中一个面镀(90-180/n)°部分反射膜，其余n-1个面镀(90-180/n)°全反射膜。

2.如权利要求1所述的多棱柱激光器，其特征在于，所述反射膜为金属反射膜、全电解质反射膜或金属电解质反射膜。

3.如权利要求1所述的多棱柱激光器，其特征在于，所述冷却系统为冷却介质、冷气或冷却装置。

4.如权利要求1～3中任意一项所述的多棱柱激光器，其特征在于，所述增益介质为固体增益介质。