CN110031981A - 一种激光聚焦结构及应用该结构的产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种激光聚焦结构及应用该结构的产品。激光聚焦结构，包括光放大器和分光镜，光放大器具有输出端和输入端；光放大器输出端的口径大于光放大器输入端的口径；由光放大器输出端输出的光传输后投射到分光镜上；投射到分光镜上的光至少部分的被反射并传输后作为输入光由光放大器的输入端重新进入光放大器并被复制放大；投射到分光镜上的未被分光镜反射的光经分光镜透射后得到聚焦，输出应用；通过扩大光放大器输出端口的口径提高结构的功率承载能力，通过约束反馈输入端口的口径加强聚焦效果。一种应用激光聚焦结构的产品，为激光切割机、激光雕刻机、激光扫描机、核聚变反应点火装置中的一种。

Description

一种激光聚焦结构及应用该结构的产品

技术领域

本发明涉及激光应用技术领域，尤其涉及一种激光聚焦结构及应用该结构的产品。

背景技术

激光被称为最快的刀、最准的尺和最亮的光。对激光的应用离不开对激光光束的聚焦。传统的对激光光束的聚焦主要采用透镜对激光光束进行投影变换和投射，包括用光导纤维等进行传导，以达到对激光光束聚焦和合束的效果。

但是这类方式在我们需要将光束聚焦到更远和更小的区域时面临挑战，特别是在需要将多台设备输出的光束合并聚焦到一个极小的区域时，面临的挑战尤其明显。例如在核聚变激光点火的方案中，使用一套价格昂贵的、大型、精密和复杂的系统来应对这个挑战，但未必能达到多好的效果。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种激光聚焦结构，采用全新的激光准直和聚焦机制，用相对普通的器件和简单的系统，实现激光光束更高质量的聚焦，包括实现多台激光设备输出光束的合束；此外，本发明的激光聚焦结构，在保证不在聚焦装置上形成过高密度能量集中的情况下，实现聚焦目标位置能量密度的高度聚集；本发明的另一个目的在于提供一种应用该激光聚焦结构的产品。

为了实现上述目的，本发明提供了一种激光聚焦结构，包括光放大器和分光镜，其中：光放大器具有输出端和输入端，所述输出端的口径大于所述输入端的口径；由光放大器输出端输出的光传输后投射到分光镜上；投射到分光镜上的光至少部分的被反射或透射并传输后作为输入光由光放大器的输入端重新进入光放大器并被复制放大；投射到分光镜上的未被分光镜反射或透射的光经分光镜透射或反射后得到聚焦，输出应用。

进一步的，光放大器设置有反向光衰减装置，光放大器的输出端和输入端均敷设有第一增透膜。

进一步的，分光镜包括分光面与透射面，分光镜的分光面上敷设有第二增透膜和/或分光镜的透射面上敷设有第三增透膜。

进一步的，光放大器的输出端通过连接光导进行定位和/或扩束；和/或，光放大器的输入端通过连接光纤进行定位和/或口径约束。

进一步的，光纤的输入口为凸曲面和/或光导的输出口为凹曲面。

进一步的，在光放大器的输出端和/或光放大器的输入端安装有准直器。

进一步的，光放大器包括多个，多个光放大器的输入端通过光纤分束器连接形成为分束输入端；从多个光放大器的输出端输出的光一部分通过分光镜反射或透射后进入分束输入端，一部分通过分光镜透射或反射后输出应用。

进一步的，多个光放大器的输出端组成一个输出端阵列，光放大器输出端的口径大于输入端的口径是指多个光放大器的输出端的口径之和大于分束输入端的入口口径。

进一步的，光放大器包括多个，多个光放大器的输出端通过光纤合束器连接形成为合束输出端，多个光放大器的输入端通过光纤分束器连接形成为分束输入端。

进一步的，在光放大器中包括选频机制和/或相位同步机制。

本发明还提供了一种应用上述激光聚焦结构的产品，其特征在于，产品为激光切割机、激光雕刻机、激光扫描机、核聚变反应点火装置、激光聚焦显微镜中的一种。

本发明的一种激光聚焦结构，具有以下有益效果：

本发明的激光聚焦结构通过将光放大器输出的光束经过外部特定的聚焦光路设置为激光器谐振的必备条件，即只有按设定的聚焦光路传输的光子能够重新回到光放大器进行循环放大(谐振)得到逐步增强，偏离这条路径的光子得不到循环放大被衰减；也就是通过激光器的选模机制，筛选出聚焦的光束，实现激光聚焦；更进一步的，本发明通过采用更大口径的输出端口，或者通过对多个输出端口进行合束实现激光的大功率输出，同时通过控制输入端口口径保持聚焦效果，以实现大功率密度的聚焦。

此外，采用本发明的激光聚焦结构实现超大功率输出和超大功率密度的激光聚焦，不需要在聚焦设备或器件上形成过高的能量密度，所以不需要采用承受功率破坏阈值特别高的器件实现；同时，在合束时也不需要精确的对准，所以也不需要特别精密和复杂的对准系统。用本发明提出的结构进行激光聚焦，可以用及其简单的系统实现更大能量输出或更大能量密度的聚焦，在一些特殊和极端的应用，例如聚变反应的点火应用中，具有特别重大的意义。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的激光聚焦结构的一种实施例的布置结构示意图；

图2为本发明的激光聚焦结构的又一种实施例的布置结构示意图；

图3为本发明的激光聚焦结构的再一种实施例的布置结构示意图；

图4为本发明的激光聚焦结构的光放大器的局部放大结构示意图；

图中：1-光放大器、11-输出端、12-输入端、13-光泵浦、2-分光镜、3-反射镜、4-反向台阶、5-分束输入端；

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明实施例的一种激光聚焦结构，包括光放大器1和分光镜2，其中：光放大器1具有输出端11和输入端12，输出端11的口径大于输入端12的口径；由光放大器1输出端11输出的光传输后投射到分光镜2上；投射到分光镜2上的光至少部分的被反射并传输后作为输入光由光放大器1的输入端12重新进入光放大器1并被复制放大；投射到分光镜2上的未被分光镜2反射的光经分光镜2透射后得到聚焦，输出应用。

如图1所示的光放大器，以输出端11和输入端12所指示的位置分界，左边是一段带泵浦输入分支13的线状掺铒或掺镱光纤构成的光放大器1，右边带箭头的3条直线对应的都是光路和光束的传输方向。图1仅为示意图，例如光纤的包层结构等属于本领域的公知结构，因此在图1中未予以细化体现等，但这并不影响本领域技术人员对本发明实质内容及图1的理解。

具体的，本发明的激光聚焦结构通俗的来说就是一种激光器。光放大器1可以为光纤放大器，光纤放大器的泵浦方式为双包层结构的光泵浦13，光纤放大器采用掺铒光纤或掺镱光纤等；当然，光放大器1还可以为半导体放大器，半导体放大器的泵浦方式为电泵浦。光放大器1的输出端11和输入端12位于分光镜2的一侧，从而光放大器1的输出端11、输入端12确定后，与对应的分光镜2反射点之间形成特定的筛选光路，光放大器1输出端11各方向光子中的某些光子如果满足这个光路要求，则就会经分光镜2反射后由光放大器1输入端12作为反馈光子重新输入光放大器2进行复制放大；在本系统中，如果反馈光子是完整跑通了这条筛选光路的，那么由它复制的光子自然能跑通光路，而不会跑偏到外面；而其它杂散的光子(即其传输方向不符合这条筛选光路)将跑偏，打到外面得不到放大，在几个循环下来(当然这个循环是超级快的)，几乎所有的光子都步调一致地跑到该特定的筛选光路，从而形成激光，且是聚焦激光。本发明的光放大器1由于输出端11与输入端12口径极小，因此只能通过先确定光路，再通过光路筛选光子的方式来实现，即采用了一种自对准方式；对于其它方式筛选出的光子，在这么大投射距离和这么高的投射精度的提前下，通过设置对准光路是很难实现对准的。本发明的光复制放大的基本原理与现有激光器光放大的原理相同，即输入光子经过光放大器内泵浦过的增益介质时，输入光子分别被复制，通过这种机制实现光放大。

本发明的核心是让激光通过光放大器1输出端11一个小的区域投射到较远距离的一块分光镜2上，再经过分光镜2反射回到光放大器1输入端12一个小的区域，只有满足这样条件的光子才能得到放大，而不满足这个条件的光子被抑制。分光镜2与输出端出射点、输入端入射点的距离，本领域技术人员可根据对光束发散的需要设定，如果需要发散角度小，可加大这个距离。本发明的激光聚焦结构的经分光镜2折射进行应用的激光，假设按波长1000纳米计算，如果将出射端做成凸面，可以很容易将激光光束出射直径控制在500纳米以下，因为光放大器1输出端11光子略微偏斜一点儿，光程将会发生剧烈的变化，都将属于其它模式，因此本发明可实现激光的超聚焦。根据激光使用场合，本领域技术人员可自行通过调整分光镜2和光放大器1的输入端12以及和光放大器输出端11的距离改变光程，本发明不做具体限定。

应该指出的是，图1所示的激光聚焦结构包括有三个光放大器1，且三个光放大器的输入端12通过光纤分束器连接形成为分束输入端5，当然本领域技术人员可根据实际情况选择使用光放大器的个数，可以是一个也可以是多个，本发明不做具体限定，均属于本发明保护范围。

本发明的激光聚焦结构通过将光放大器1输出端11的光束经过外部特定的聚焦光路设置为激光器谐振的必备条件，实现激光聚焦；更为重要的是，通过扩大光放大器输出端口的口径提高结构的功率承载能力，通过约束反馈输入端口径加强聚焦效果。对于切割，光刻等，能量聚焦都非常重要。特别是将聚焦和成束的空间尺度控制到微米以下的尺度，可以在系统总功率不大的前提下实现聚焦点高的功率密度，从而提高了加工精度，减少了能耗，降低了辅助供电、制冷的成本，总能耗也可以节省；用于光刻，可以降低对聚焦镜的工艺要求；用于热核反应的激光点火，对激光器的总功率要求也大大降低。

进一步的，光放大器1设置有反向光衰减装置，光放大器1的输出端11和输入端12均敷设有第一增透膜，用于防止光子在输出端11和输入端12发生次生反射后反向传播形成寄生振荡。对于光放大器1内部的反向光子，可通过反向光衰减装置进行衰减；具体的，反向光衰减装置可以为布置的迷走分支，如图4所述的反向台阶4。

进一步的，分光镜2包括分光面与透射面，分光镜2的分光面上敷设有第二增透膜，分光镜2的透射面上敷设有第三增透膜。具体的，第二增透膜用于控制光束的反射比例，第三增透膜用于防止光束在透射面出现次生反射后成为意外输出向危险的角度出射构成难以控制的危险因素。一般地，设计第一增透膜和第三增透膜对目标波长的光为全透膜，第二增透膜对目标波长的光是半透膜，本领域技术人员可根据实际需要设计，本发明不做具体限定。

进一步的，在光放大器的输出口和/或光放大器的输入口安装有准直器。

在本发明的激光聚焦结构的上述一些实施例中，光放大器1的输出端11通过连接光导进行定位和/或扩束；和/或，光放大器的输入端通过连接光纤进行定位和/或口径约束。定位指改变位置，甚至方向，显然的，通过在光放大器1输出端11和/或输入端12连接光纤或光导，光纤和光导与光放大器1连接的一端变成新的光放大器的内部结构，光导和光纤的另外一端成为新的光放大器的输出端和/或输入端，如图2所示。

一种可选的实施方式，如图2所示，光放大器1的输出端11和/或输入端12通过连接光纤定位到分光镜2内部并进行口径约束；由光放大器1输出端11输出的光在分光镜2内传输后投射到分光镜2分光面上；投射到分光镜2分光面上的光至少部分的被反射并在分光镜2内传输后作为输入光由光放大器1的输入端12重新进入光放大器1并被复制放大；投射到分光镜2分光面上的未被分光镜2反射的光经分光镜2透射后得到聚焦，输出应用。该实施例将光放大器1的输入端12与输出端11均布置在分光镜2内部，特别是光纤与分光镜2甚至光纤光放大器都采用相近的材料制作时，除了光纤外表的全反射之外，整个光路上只在分光镜的分光面上存在一个反射界面，有效的避免了次生反射的产生，安全防护变得简单和容易实施，效率也能得到大幅度提高。

在本发明的激光聚焦结构的上述一些实施例中，如图3所示，激光聚焦结构还包括若干反射镜3，其中：若干反射镜3配合分光镜2上下交叉布置；由光放大器1输出端11输出的光经反射镜3反射传输后投射到分光镜2上；投射到分光镜2上的光至少部分的被反射并经反射镜3反射传输后作为输入光由光放大器1的输入端12重新进入光放大器1并被复制放大；投射到分光镜2上的未被分光镜2反射的光经分光镜2透射后得到聚焦，输出应用。布置反射镜的目的是增加从光放大器1输出端11经过分光镜2具体是经分光镜2的分光面反射后到达光放大器1的输入端12的光程大小以加大聚焦距离，通过比较小尺寸的装置实现比较大的聚焦距离，得到更好的聚焦效果。

将输出光引入分光镜2内部处理这种结构是大功率激光器，例如激光切割机的优选结构。在大功率情况下高反射率的反射镜等特别难制作，采用这种结构之后，可以利用分光镜表面做反射镜。当然应当选择光密介质做分光镜，通过设置不同的反射角度，控制光束在分光镜内表面的各个点处或者被分光或者被全反射，不涉及任何工艺难度就解决了高功率情况下超高反射率反射镜特别难制作的工艺问题。

具体的，通过约束“从光放大器1输出端11出射点的出射面积”来约束反馈光的初始截面积，通过约束“光放大器1输入端12入射点的入射面积”和保证“反馈光从光放大器1输出端11出射点经过分光镜2到达光放大器1输入端12入射点的距离”来保障发散角足够小。本发明约束“从光放大器1输出端11出射点的出射面积”和约束“光放大器1输入端12入射点的入射面积”是通过激光器的选模机制实现的，只要保证激光器对不通过这条特定光路的光束形不成反馈放大，并使光路上微小的聚焦偏差，所述聚焦偏差包括光束空间位置偏差和光束传输角度偏差，对应比较大的光程偏差，就可以将这两个面积约束在很小的范围，从而实现激光聚焦。不管光束经过多少个反射面或者折射面投射到目标位置，都需要保障光路微小的聚焦偏差对应比较大的光程偏差。本发明所述的投射特指光在均匀介质中的直线传播，包括光在密度均匀变化的介质中以光滑曲线进行的传播，中间可以有有限次的反射或折射，但是这些有限次的反射和折射必须是预先确定并且是稳定的，激光自适应的选模过程不能改变这些有限次的反射或折射的个数和次序。本发明把光通过光纤进行多次反射进行传输明确为非投射式传输，因为光在光纤中传播时反射次数不是预先确定的，同时通过光纤的多次反射进行传输的光，面临光在各反射点的反射角度发生比较大的变化时，即聚焦偏差比较大时，总光程差的变化仍然可以很小，这种情况下达不到通过激光器的选模机制对光路进行聚焦的约束目的。

而投射式传输不能包括对光路中的光子进行替换改变以及进行散射等也是必然的，关于投射这个概念的内涵和外延，通过本说明书的限定性描述，结合本发明的核心思想，对于本领域技术人员来说是非常清楚的，此处不再赘述。

更详细一点的描述，对于不管光束经过多少个反射面或者折射面投射到目标位置，都需要保障光路微小的聚焦偏差对应比较大的光程偏差是对从光放大器1输出端11到光放大器1输入端12包括光放大器输出端和光放大器输入端位置这一段聚焦光路提出的要求。

应当指出的是，本发明附图3中反射镜3的布置方式，只是一种优选的布置方式，本领域技术人员可根据实际需要具体排布，均属于本发明保护范围。

进一步的，光纤的输入口为凸曲面和/或光导的输出口为凹曲面；一方面为了增加激光器的备选模式，利于激光器起振和稳定工作；另一方面，加大在输出口端面各出射点各模式之间的光程差别，使激光器在正常工作过程中连续选模时(模式漂移时)出射点的位置变化小，即保证激光在一个很小的区域出射，降低出射光束在光纤输出口端面形成的光斑的大小；一凸一凹，大口径输出，小口径输入，实现聚焦。

在本发明的激光聚焦结构的上述一些实施例中，如图1所示，光放大器1包括多个，多个光放大器1的输入端12通过光纤分束器连接形成为分束输入端；光纤分束器的输入为多个光放大器的输入之和，输出为单个光放大器的输入，从而增大了激光器的功率，本领域技术人员可根据实际功率需要选择设计。从多个光放大器的输出端输出的光一部分通过分光镜反射或透射后进入分束输入端；一部分通过分光镜透射或反射后输出应用。

具体的，多个光放大器的输出端组成一个输出端阵列，光放大器输出端的口径大于光放大器输入端的口径是指多个光放大器的输出端的口径之和大于分束输入端的口径。

进一步的，光放大器包括多个，多个光放大器的输出端通过光纤合束器连接形成为合束输出端，多个光放大器的输入端通过光纤分束器连接形成为分束输入端。

实际上通过本发明的合束/分束器组合的复合的激光器对器件的工艺要求也是很低的，并且在低的工艺要求下合束效果照样能做得很好。例如，可以在分束器上分束点之前的位置引入光放大以加强合束各子光束的相位同步，实现合束的光束在很长的路径都满足相干条件，而不是只在较小的区域位置满足相干条件。

一种应用上述激光聚焦结构任一实施例的产品，产品为激光切割机、激光雕刻机、激光扫描机、核聚变反应点火装置、激光聚焦显微镜中的一种。

具体的，采用本发明的激光聚焦结构的激光切割机，聚焦功率密度可提高100倍以上，切缝可细10倍以上。采用本发明的激光雕刻机，直接去掉了对高工艺要求的聚焦镜的需要，直接得到高质量的集束光；用于核聚变反应点火装置，对激光器的总功率要求也将大大降低。由此可见，本发明的激光聚焦结构具有极好的市场应用前景；当然，可以扩展的，本发明的激光聚焦结构同样可以适用于其他产品，均属于本发明保护范围。当产品为激光聚焦显微镜时，通过用高度聚焦的激光束以扫描方式照射被观察物体，同时记录扫描的二维坐标和返回的光强甚至光谱，对被观察物体进行成像显示。

需要特别明确的是：本说明书中所说的光放大器特指激光光放大器，即各种激光器中使用的通过受激辐射原理对光子进行复制从而对光进行放大的一种器件；这种光放大器是各种激光器的核心部件，这种光放大器配备谐振腔即构成众所周知的激光器。至于所谓拉曼“光放大器”等，由于它不是采用受激辐射原理对光子进行复制而进行光放大的器件，同时也不能通过给它配一个谐振腔构成激光器，因此它不是我们所说的光放大器；至于通过光电转换将输入光转换成电信号，再对电信号进行放大后转成光信号的所谓“光放大器”更不是我们所说的光放大器；将这两种所谓的“光放大器”应用到我们的结构中，也达不到本发明提供的聚焦或集束效果。

常见的光放大器除了光纤光放大器之外，还有半导体光放大器，二氧化碳激光放大器，氦氖激光放大器等，需要特别说明的是，具备完整谐振腔的氦氖激光器或二氧化碳激光器对光放大的原理完全符合我们所说的光放大器的特征，但是因为它们已经具备完整的独立选模自主振荡运行的能力，无法将光放大器输出的光束经过外部特定的聚焦光路设置为激光器谐振的必备条件，所以无法直接应用于本发明的结构；但是本领域技术人员可以通过破坏它的谐振条件，比如使它的两个反射面偏离平行位置以切断它的自反馈通道，并在合适的位置为它布置输入端口，就可以将一个氦氖激光器或一个二氧化碳激光器改造成氦氖激光放大器或二氧化碳激光放大器并应用到本发明的结构中。

将光放大器输出的光束经过外部特定的聚焦光路设置为激光器谐振的必备条件是一种聚焦思想，具体实施时对应：一、消除光放大器自激振荡因素，使光放大器在断掉外部光路例如断掉光放大器的光输入后光放大器不能有自激，即光放大器在没有光输入时不能有光输出，实际上实施例中的第一增透膜和反向光衰减装置都有利于实现这个目标；二、保证从光放大器的输出端11到达光放大器输入端12只存在一条聚焦光路，这个也好实现，按说明书前面的实施例可以很容易地布置一条这样的聚焦光路；在聚焦光路布置完成后，如果发现光放大器的输出端11到达光放大器输入端12还存在其它光路，把不需要的其它光路遮挡掉就可以了。

在本发明中，利用了通过分光镜透射或反射的光具有对称性的原理；即如果反射光在某处聚焦则透射光也会在反射光聚焦点相对于分光镜对称的位置聚焦，如果透射光在某处聚焦则反射光也会在透射光聚焦点相对于分光镜对称的位置聚焦。所以，通过实现反馈光在输入端的聚集来约束输出应用的光束在目标位置的聚焦。

集束和准直要避免在光学器件自身出现能量集中的问题，特别在一些需要能量密度高度集中的一些方案，非常容易出现能量集中超过器件损伤阈值的情况，这几乎成为影响这些方案是否能成功的关键性因素。本发明提供的激光聚焦结构非常好地克服了这个问题，不需要能量在聚焦器件上集中(即不需要能量在光导纤维、分光镜，或者准直透镜等光学器件上集中)，同样能实现能量在目标位置的聚集。

在本发明的激光聚焦结构中，聚焦光束的聚焦程度只和反馈输入端输入口径的大小以及分光镜的平整度相关。这样，不管我们的输出端有多少个，输出端的口径多大，都不会对聚焦效果形成根本性影响。而系统能承载多大的能量主要和输出端的口径大小相关。这样我们就可以采用比较大的输出端口径甚至通过多个输出端的组合来实现超大功率的输出能力，同时还能通过采用比较小的反馈输入端口径来实现输出光束的高度聚焦。

在本发明中，聚焦是通过利用反馈输入光束和输出应用光束的对称性，通过约束反馈输入光束进入光放大器输入端的光束截面大小来控制聚焦效果的，这避免了复杂的对准问题。和旧有的透镜聚焦方式相比，本发明提供的激光聚焦结构不需要精密的透镜，只需要分光镜的平面性好，可以想象加工一块平面分光镜的难度是明显地低于加工一个复杂的透镜的难度的；这种不需要复杂的对准就能实现非常优异的聚焦效果的功能特别有利于将多路激光输出进行合并，以构成超大规模能量聚焦的应用场合，如图1。例如核聚变的激光点火。因为本发明提出的激光聚焦结构简单，所以不仅实施起来更为便捷，而且可以预期按这种方案实施的系统工作起来会更稳定。

需要反复强调的是，本发明的激光聚焦结构在理论上可以实现在保证能量不在聚焦器件上形成集中而超出器件承受阈值的前提下，采用便捷的方法，将足够大的功率集中聚焦输出到一个足够小的区域。即除了在聚焦目标位置之外，在本系统中不存在无法调整的高能量集中点，这为实现极高能量在极小空间的聚焦成为可能。

在本发明提供的激光聚焦结构中，有一个特殊的位置需要特别说明，即反馈输入光重新进入光放大器的位置，因为在此处光束大小直接影响到输出应用的光在聚焦目标位置的聚焦效果，所以很难在此处对反馈光进行扩束而不影响输出应用的光在聚焦目标位置的聚焦效果。美妙的是在本发明提供的激光聚焦结构中反馈能量只是一部分，甚至只是一小部分，就是说反馈能量可以远低于需要聚焦到聚焦目的地的能量，这样就可以通过调整分光镜的分光比例，便捷地对此处的功率密度进行控制。本发明更优化的是通过透镜进行成像，将输入端口比较大的光束直径映射成比较小的光束直径用于约束输出应用的光束聚焦到一个极小的区域，可以通过在输入端口前面布置透镜对反馈截面积进行映射，在实际上对应更大光束截面积的情况下，让它从分光镜的分光处方向看起来对应更小的反馈口径。这属于比较成熟的技术，例如在此处反装一个准直望远镜就可以实现，本领域技术人员可以根据情况自主实施。

此外,本发明还可以用透镜或透镜组将较近的输入端位置映射成比较远的输入端位置以约束输出应用的光束聚焦到一个更远的位置；还可以用透镜或透镜组将较大的输出端口径映射成比较小的输出端口径以实现光束在输出端更均匀的输出，即避免向光束向特定的位置集中。总之本发明的激光聚焦结构，可以通过透镜或透镜组控制光束在各处截面积的大小以及聚焦焦点距离输出端端口的距离，以覆盖各种各样的应用。具体实现可以是在光路不同的位置布置正向或反向望远镜，其组合方式非常多，分别对应不同的效果，不再赘述。

可以看到，本发明的激光聚焦结构通过用普通的材料和低成本的对准方式就可以实现极高密度和极其可靠的能量聚焦，另外，可以通过将多个大功率普通激光器的输出组合在一起，很容易地将它们的输出聚焦到一个点，形成高能量密度的聚焦，用于聚变反应的激光点火具备极好的前景。

本发明的这种聚焦方式用于普通的激光切割机等，也可以非常大的优势，可以实现灵活的聚焦，同时提高设备的工作可靠性，在降低成本的前提下提高效益。

需要说明的，以聚焦/集束为判断标准，在本发明的结构中，通过分光镜反射或透射的两路光是对称的；在分光点，只要一路是聚焦的，另外一路必然也是聚焦的。即在具体实施时完全可以采用将透射光引入光放大器输入端反馈而将反射光输出应用，本领域技术人员可以根据情况自主选择，均属于本发明保护范围。

需要说明的是，如果不加额外的选频和相位锁定机制，本发明所实现的激光器所输出光束可能包含多个频率，或者相干长度不长。本领域技术人员可以根据需要在环路中增加选频机制抑制多余的频率或加入相位同步机制以增加相干长度。需要说明的是，本说明书所述输入端口径，输出端口径等，是指端口可以通过激光光束的截面大小。口径约束是指以特定的口径将通过光束约束在特定的截面范围。

在本发明说明书中，投射的概念非常重要。在本说明书中，光束从光放大器1的输出端11输出之后到达分光镜2上的分光点的这一段光路，对它的长度是有要求的，这段长度不能太短；同样，对从分光点到达反馈输入端12这一段光路的距离也是有要求的，同样不能太短。可以拿步枪枪管长度类比，步枪枪管长度决定步枪的瞄准精度，而本发明的激光聚焦结构中的这两段投射距离之和也决定准直和/或聚焦精度，用投射(包括特意注明“传输后”)就是为了强调这段距离不能太小，否则得不到预期的准直和聚焦效果。所述分光点是指反射光束和投射光束的连接点。

本发明所述的光放大器1完全可以用一台简单改造的环形谐振腔光纤激光器来等价。将所述环形谐振腔的光纤激光器的主光路在环路的任意位置断开都可以形成本发明所述的光放大器，当然这么等效的光放大器不再需要泵浦输入，因为它已经包含了泵浦机制，同时激光器原来的输出在本发明中不再需要，对其进行忽略即可。如果是实际实施，应该去掉原来的输出分支，避免能量从该分支流失。用所述改造过的激光器作为光放大器按本发明提供的结构搭建的新的激光器的输出在分光镜透射(或反射)的位置，只有在这个位置输出的光才是准直或聚焦的，在其它位置输出的光不能保证准直或聚焦效果。

还需要说明的是：所谓光纤放大器、光纤分束器、光纤合束器、光导、光纤等，它们在形态上没有根本的区别，当把它们组合连接在一起时也不会总是有明确的界限，我们使用不同的代词区分它们只是因为它们在功能上的有所侧重，本领域的技术人员都深知这一点。而本说明书给出的实施例附图也只是示意图，需要结合本发明的核心思想和本说明书的描述以及本领域的专业知识进行理解。

在本说明书，包括本说明书的附图中，没有对光纤光放大器、光纤合束器、光纤分束器，连接光纤等进行特别刻意的区分的原因在于：它们可能被集成在一起，而不对这些进行区分并不影响本领域技术人员对本发明实质内容的理解。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种激光聚焦结构，其特征在于，包括光放大器和分光镜，其中：

光放大器具有输出端和输入端，所述输出端的口径大于所述输入端的口径；

由光放大器输出端输出的光传输后投射到分光镜上；投射到分光镜上的光至少部分的被反射或透射并传输后作为输入光由光放大器的输入端重新进入光放大器并被复制放大；投射到分光镜上的未被分光镜反射或透射的光经分光镜透射或反射后得到聚焦，输出应用。

2.根据权利要求1所述的激光聚焦结构，其特征在于，所述光放大器设置有反向光衰减装置，所述光放大器的输出端和输入端均敷设有第一增透膜。

3.根据权利要求1所述的激光聚焦结构，其特征在于，所述分光镜包括分光面与透射面，所述分光镜的分光面上敷设有第二增透膜和/或所述分光镜的透射面上敷设有第三增透膜。

4.根据权利要求1所述的激光聚焦结构，其特征在于:

所述光放大器的输出端通过连接光导进行定位和/或扩束；

和/或,所述光放大器的输入端通过连接光纤进行定位和/或口径约束。

5.根据权利要求4所述的激光聚焦结构，其特征在于，所述光纤的输入口为凸曲面和/或所述光导的输出口为凹曲面。

6.根据权利要求1所述的激光聚焦结构，其特征在于，在所述光放大器的输出端和/或所述光放大器的输入端安装有准直器。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的激光聚焦结构，其特征在于，所述光放大器包括多个，多个所述光放大器的输入端通过光纤分束器连接形成为分束输入端；从多个所述光放大器的输出端输出的光一部分通过所述分光镜反射或透射后进入分束输入端，一部分通过所述分光镜反射或透射后输出应用。

8.根据权利要求7所述的激光聚焦结构，其特征在于，多个所述光放大器的输出端组成一个输出端阵列，所述光放大器输出端的口径大于输入端的口径是指多个所述光放大器的输出端的口径之和大于所述分束输入端的入口口径。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的激光聚焦结构，其特征在于，所述光放大器包括多个，多个所述光放大器的输出端通过光纤合束器连接形成为合束输出端，多个所述光放大器的输入端通过光纤分束器连接形成为分束输入端。

10.一种应用权利要求1-9中任一项所述的激光聚焦结构的产品，其特征在于，所述产品为激光切割机、激光雕刻机、激光扫描机、核聚变反应点火装置、激光聚焦显微镜中的一种。