CN106785854B - 一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，该谐振腔包括凸形反射镜、45度偏振反射镜、45度全反射镜、凹形反射镜。其中凸形反射镜和凹形反射镜的反射面分别镀有短波长光高透过、长波长光高反射的反射膜，45度偏振反射镜的反射面镀有长波长光高透过、短波长光高反射的反射膜。利用腔内光学元件对腔内不同波长的振荡光的反射率不同，实现不同波长激光的选择性输出。通过腔内设置光学元件位置，分别实现腔内谐振光沿气流方向的束转动，提高输出光斑的空间分布均匀性。这种谐振腔其结构简单，能够实现氟化氢激光单谱线均匀输出。
Description
技术领域
本发明属于化学激光领域，具体涉及一种氟化氢激光器的谐振腔。
背景技术
氟化氢激光器能够直接把初始化学反应产生的化学能转化成受激辐射能，获取巨大的激光功率，是目前为止应用的最高输出功率的激光器。氟化氢激光器工作在2600nm-3000nm波长范围内，输出谱线丰富且通常是多谱线运转，而在实际应用中往往要求某些特定波长单谱线激光，在这种情况下激光器的选线输出就变得十分必要。
使用光栅腔是多谱线激光器实现精准单谱线激光输出的常用方法，但对于高功率氟化氢激光，大面积、高损伤阈值的闪耀光栅很难获得，并且对于非稳腔，使用光栅所引入的象差会严重影响输出激光的光束质量。使用干涉型选模元件如窄带滤光片、F-P标准具等元件也可实现选线激光输出，但这些类型的元件很难应用于强激光中。
当氟化氢激光器运行时，光腔增益介质是超音速流动的，在发生化学反应产生激光的过程中很容易产生增益介质分布不均匀现象，导致输出激光光斑沿气流方向输出光斑分布不均匀。因此，若要在不改变激光器气动参数的条件下得到空间分布较为均匀的激光光斑，必须对传统的非稳腔进行重新设计。
由上述分析，需要一种能够简单有效地实现高功率氟化氢激光单谱线输出的谐振腔，并且使得输出激光光斑的空间分布较为均匀。本发明实现了满足上述高功率氟化氢激光的需求。
发明内容
本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔。实现了任意波长氟化氢激光单谱线输出，且输出激光光斑的空间分布较为均匀。
为实现本发明的目的，具体技术解决方案是：
一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特点是该装置包括凸形反射镜、45度偏振反射镜、45度全反射镜、凹形反射镜。其中凸形反射镜和凹形反射镜的反射面分别镀有短波长光高透过、长波长光高反射的反射膜，45度偏振反射镜的反射面镀有长波长光高透过、短波长光高反射的反射膜。利用腔内光学元件对腔内不同波长的振荡光的反射率不同，实现单谱线激光的选择性输出。通过腔内设置光学元件位置，实现腔内辐射光的束转动，提高输出光斑的空间分布均匀性。
本发明氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔的工作过程如下：
非稳腔位于激光器超音速喷管的出口位置，设光轴的出光的方向为z轴，沿气流方向为x轴，垂直气流方向为y轴。凸形反射镜的凸面、凹形反射镜的凹面分别垂直于z轴，第一45度偏振反射镜、第一45度全反射镜的反射面与xy面的夹角分别为45度、-45度；第二45度全反射镜的反射面与yz面的夹角为-45度；第二45度偏振反射镜的反射面与x、y、z轴的夹角分别为45度。
针对氟化氢激光的任意单谱线，例如2760nm的谱线。非稳腔的凸形反射镜和凹形反射镜分别镀有2600nm-2700nm波长光透射率>95％，2750-3000nm波长光反射率>99.8％的介质膜。当激光器运行时，波长小于2750nm的辐射光在经过凸形反射镜和凹形反射镜时几乎全部透过腔镜损耗掉，只有波长大于2750的辐射光才能在腔内实现反射放大。非稳腔的45度偏振反射镜的反射面镀有针对s偏振光，2600nm-2800nm波长光反射率>99.8％，2850-3000nm波长光透射率>95％的介质膜，当腔内辐射光经过45度偏振反射镜时，波长大于2850nm的光几乎全部穿过反射镜损耗掉，而只有波长小于2800的辐射光才能实现反射放大。由于凸形反射镜、凹形反射镜以及45度偏振反射镜的共同作用，只有2760nm的辐射光才能在腔内实现振荡放大，形成单谱线激光的输出。沿气流方向，从凸形反射镜出发的辐射光经过第一45度偏振反射镜、第一45度全反射镜、第二45度全反射镜、第二45度偏振反射镜反射后，实现了180度的转动，入射到凹形反射镜上，经凹形反射镜反射后，按原光路返回又发生了沿气流方向的180度的转动，实现了自在现输出，在此过程中，补偿了由于增益介质不均匀造成的光斑分布不均匀。
所述的凸形反射镜和凹形反射镜的平面镀有2600nm-3000nm波长光透射率>99.8％的介质膜。
所述的第一45度偏振反射镜、第二45度偏振反射镜的与反射面相对的另一平面分别镀有对于s偏振，2600nm-3000nm波长光透射率>99.8％的介质膜。
所述的光腔的光轴分别穿过凸形反射镜、第一45度偏振反射镜、第一45度全反射镜、第二45度全反射镜、第二45度偏振反射镜、凹形反射镜的中心。
本发明具有以下优点：
1.通过腔镜镀特殊介质膜实现单谱线激光输出，光学元件的抗损伤阈值高，谐振腔的结构简单，调整方便，可实线任意波长的单谱线激光输出，可以应用于高功率激光器中。
2.通过设置腔内光学元件的角度和位置，实现腔内振荡辐射光的束转动，可以补偿介质分布不均匀造成的输出激光光斑空间分布不均匀，实现均匀光斑输出。
附图说明
图1为本发明一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔的结构示意图。
图2为本发明一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔中腔镜透射率分布图。其中实线为凸形反射镜和凹形反射镜透射率分布曲线，虚线为45度偏振反射镜透射率分布曲线。
具体实施方式
如附图1所示，一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特征在于该谐振腔包括凸形反射镜1、第一45度偏振反射镜2、第一45度全反射镜3、第二45度全反射镜4、第二45度偏振反射镜5、凹形反射镜6。设定气流方向为x轴，垂直于气流方向为y轴，空间中垂直于xy面方向为z轴，激光工作波长为2760nm的谱线。
非稳腔的凸形反射镜1和凹形反射镜6分别镀有2600nm-2700nm波长光透射率>95％，2750-3000nm波长光反射率>99.8％的介质膜，其透射率如图2实线所示。非稳腔的第一45度偏振反射镜2、第二45度偏振反射镜5的反射面镀有针对s偏振光，2600nm-2800nm波长光反射率>99.8％，2850-3000nm波长光透射率>95％的介质膜，其透射率如图2虚线所示。非稳腔的第一45度全反射镜3、第二非稳腔的45度全反射镜4的反射面镀有2600nm-3000nm反射率>99.9％的介质膜。凸形反射镜1的凸面、凹形反射镜6的凹面分别垂直于z轴，第一45度偏振反射镜2、第一45度全反射镜3的反射面与xy面的夹角分别为45度、-45度；第二45度全反射镜4的反射面与yz面的夹角为-45度；第二45度偏振反射镜5的反射面与x、y、z轴的夹角分别为45度。
当激光器运行时，由腔内辐射光经凸形反射镜1反射后穿过增益介质后入射到第一45度偏振反射镜2上，此时只有波长位于2750-3000nm的光产生振荡，其它波长的光均从凸形反射镜透射损耗掉，经第一45度偏振反射镜2反射后，只有波长为2760nm的s偏振光被反射到第一45度全反射镜3，其它波长的光均从第一45度偏振反射镜2透射损耗掉。波长为2760nm的s偏振光经第一45度全反射镜3、第二45度全反射镜4、第二45度偏振反射镜5反射后，再一次穿过增益介质后入射到凹形反射镜6上，此时初始辐射光沿x方向旋转了180度，腔内传输的光为2760nm的单谱线辐射光。此单谱线辐射光经凹形反射镜6反射后沿原光路返回至凸形反射镜1，完成振荡放大，此时辐射光沿x方向又旋转了180度，实现了自在现。辐射光在谐振腔内往返重复这个过程，最终通过凸形反射镜1的边缘形成激光输出。
本发明实现了任意波长氟化氢激光单谱线输出，输出光斑空间分布较为均匀，谐振腔其结构简单，适用于高功率激光器选线输出，便于在实际应用中使用。
Claims (5)
1.一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特征在于：该非稳腔包括凸形反射镜(1)、第一45度偏振反射镜(2)、第一45度全反射镜(3)、第二45度全反射镜(4)、第二45度偏振反射镜(5)、凹形反射镜(6)；
凸形反射镜(1)与第一45度偏振反射镜(2)相对设置；第一45度偏振反射镜(2)与第一45度全反射镜(3)相对设置，第一45度全反射镜(3)与第二45度全反射镜(4)相对设置；第二45度全反射镜(4)与第二45度偏振反射镜(5)相对设置，第二45度偏振反射镜(5)与凹形反射镜(6)相对设置；设定气流方向为x轴，垂直于气流方向为y轴，空间中垂直于xy面方向为z轴；
凸形反射镜(1)和凹形反射镜(6)位于靠近激光器超音速喷管的出口位置，凸形反射镜(1)的凸面、凹形反射镜(6)的凹面分别垂直于z轴；所述的第一45度偏振反射镜(2)、第一45度全反射镜(3)的反射面与xy面的夹角分别为45度、-45度；所述的第二45度全反射镜(4)的反射面与yz面的夹角为-45度；所述的第二45度偏振反射镜(5)的反射面与x、y、z轴的夹角分别为45度；
光腔的光轴分别经过凸形反射镜(1)、第一45度偏振反射镜(2)、第一45度全反射镜(3)、第二45度全反射镜(4)、第二45度偏振反射镜(5)、凹形反射镜(6)的反射面中心。
2.根据权利要求1所述的氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特征在于：所述的凸形反射镜(1)的凸面镀有2600nm-2700nm波长光透射率>95％，2750-3000nm波长光反射率>99.8％的介质膜，所述的凸形反射镜(1)的平面镀有2600nm-3000nm波长光透射率>99.8％的介质膜。
3.根据权利要求1所述的氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特征在于：所述的第一45度偏振反射镜(2)、第二45度偏振反射镜(5)的反射面分别镀有对于s偏振，45度入射，2600nm-2800nm波长光反射率>99.8％，2850-3000nm波长光透射率>95％的介质膜。
4.根据权利要求1或3所述的氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特征在于：所述的第一45度偏振反射镜(2)、第二45度偏振反射镜(5)的与反射面相对的另一平面分别镀有对于s偏振，45度入射，2600nm-3000nm波长光透射率>99.8％的介质膜。
5.根据权利要求1所述的一种氟化氢激光波长选择输出折叠非稳腔，其特征在于：所述的凹形反射镜(6)的凹面镀有2600nm-2700nm波长光透过率>95％，2750-3000nm波长光反射率>99.8％的介质膜，所述的凹形反射镜(6)的平面镀有2600nm-3000nm波长光透过率>99.8％的介质膜。
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