CN110265859A - 一种激光输出光学谐振腔装置 - Google Patents

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邵明振
郭劲
薛向尧
邵帅
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    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/105—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling the mutual position or the reflecting properties of the reflectors of the cavity, e.g. by controlling the cavity length
    • H—ELECTRICITY
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    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
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Abstract

本发明涉及光学设备技术领域，提供了一种激光输出光学谐振腔装置，包括全反射镜、控制系统、电机、第一调整机构和第二调整机构、第一反射镜、第二反射镜以及设置在输出结构上的多个输出镜，且所述多个输出镜分别镀有不同的光学膜层，以对不同波段的激光进行选择，所述至少两个输出镜均布在输出镜座上。本申请通过在CO2激光器上设置多个输出窗口，每个输出窗口分别镀允许特定波段激光输出的光学膜层，且这些输出窗口之间可以相互切换，从而实现高功率多波段CO2激光输出。

Description

一种激光输出光学谐振腔装置
技术领域
本申请涉及光学设备技术领域，尤其涉及一种激光输出光学谐振腔装置。
背景技术
CO2激光在9-11um波段范围内有上百条谱线，且均处于光束传输的大气窗口，因此在激光测距、测速、成像雷达、环境探测及空间通讯、激光与物质相互作用等领域得到了广泛的应用。当采用脉冲重复频率工作方式时，由于其同时具备高平均功率、高重复频率和高峰值功率等优点，在激光与物质相互作用领域尤其具有重要的应用价值。但是在激光与物质相互作用领域应用中，只有几条特殊波段的CO2激光效果比较显著，因此，在实际应用中，须将这些波段的CO2激光从上百条谱线中选择出来，即所谓的波长选支。同时，面对不同的工作物质，需要在这些波段之间进行连续快速的切换，即实现多波段输出。
目前，常用的波长选支技术有注入锁定、法布里-泊罗标准具调谐、光栅调谐、镀膜选支等。注入锁定难以得到单一波长输出,且结构复杂,不适宜工程应用；法布里-泊罗标准具调谐受激光增益长度的限制，无法获得高能激光；光栅调谐对较低功率的激光具有很好的波长选择能力，但对于数kW量级的激光来说，其损伤阈值无法满足工程应用。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种激光输出光学谐振腔装置，通过该装置可以实现高功率多波段CO2激光输出。
本申请实施例的提供了一种激光输出光学谐振腔装置，包括：全反射镜、控制系统、电机；
分别安装在电机转子和定子上的第一调整机构和第二调整机构；固定在所述第一调整机构上的第一反射镜，固定在所述第二调整机构上第二反射镜；
所述控制系统通过连接线控制电机以及第一调整机构和第二调整机构的运动；
还包括输出结构，所述输出结构包括至少两个输出镜，所述至少两个输出镜分别镀有不同的光学膜层，以对不同波段的激光进行选择，所述至少两个输出镜均布在输出镜座上，输出镜座上设置有出光口，出光口数量与所述输出镜的数量一致；
所述第一调整机构和第二调整机构用于调节第一反射镜和第二反射镜的位置和放置方向，使所述全反射镜发出激光后能与指定的输出镜产生最大的激光增益，并通过所述指定的输出镜输出激光。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述输出镜包括4个，4个输出镜均匀分布在所述输出镜座上。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，所述全反射镜上镀有反射率高于99％的膜层。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，其特征在于，所述电机为带自动锁功能的力矩电机，所述电机可反馈第一反射镜和第二反射镜的角度。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，其特征在于，所述第一调整机构和第二调整机构均为多维调整机构，可进行平动和转动。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，其特征在于，所述多维调整机构为五维调整机构。
可选地，在本申请提供的另一实施例中，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜上均镀有反射率高于99％的膜层。
本发明提供的激光输出光学谐振腔装置包括全反射镜、控制系统、电机、第一调整机构和第二调整机构、第一反射镜、第二反射镜以及设置在输出结构上的多个输出镜，且所述多个输出镜分别镀有不同的光学膜层，以对不同波段的激光进行选择，所述至少两个输出镜均布在输出镜座上。本申请通过在CO2激光器上设置多个输出窗口，每个输出窗口分别镀允许特定波段激光输出的光学膜层，且这些输出窗口之间可以相互切换，从而实现高功率多波段CO2激光输出。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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地介绍，显而易见地，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的激光输出光学谐振腔装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供额激光输出光学谐振腔装置的三维模型图。
其中，1.全反射镜；2.连接线；3.控制系统；4.电机；5.第一调整机构；6.第一反射镜；7.输出镜座；8.输出结构；81.输出镜；9.输出镜；10.输出镜；11.输出镜；12.第二反射镜；13.第二调整装置。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
本申请提供了一种激光输出光学谐振腔装置请参阅图1-图2，包括：全反射镜(1)、控制系统(3)、电机(4)；分别安装在电机(4)转子和定子上的第一调整机构(5)和第二调整机构(13)；固定在所述第一调整机构(5)上的第一反射镜(6)，固定在所述第二调整机构(13)上第二反射镜(12)；控制系统(3)通过连接线(2)控制电机(4)以及第一调整机构(5)和第二调整机构(13)的运动；还包括输出结构(8)，所述输出结构(8)包括至少两个输出镜，所述至少两个输出镜分别镀有不同的光学膜层，以对不同波段的激光进行选择，所述至少两个输出镜均布在输出镜座(7)上，输出镜座上设置有出光口，出光口数量与所述输出镜的数量一致；所述第一调整机构(5)和第二调整机构(13)用于调节第一反射镜(6)和第二反射镜(12)的位置和放置方向，使所述全反射镜(1)发出激光后能与指定的输出镜产生最大的激光增益，并通过所述指定的输出镜输出激光。
可选地，所述输出镜包括4个，4个输出镜均匀分布在所述输出镜座(7)上。所述全反射镜(1)上镀有反射率高于99％的膜层。所述电机(4)为带自动锁功能的力矩电机，所述电机可反馈第一反射镜6和第二反射镜12角度。所述第一调整机构(5)和第二调整机构(13)均为多维调整机构，可进行平动和转动。所述多维调整机构为五维调整机构。所述第一反射镜(6)和第二反射镜(12)上均镀有反射率高于99％的膜层。
具体地，下面以包含4个输出镜(当然输出镜的数量也可以为大于1的其他数值)时为例，对本发明所提供的装置进行说明：
如图1和图2所示：包括全反射镜1、连接线2、控制系统3、电机4、第一调整机构5、第一反射镜6、输出镜座7、输出结构8包括输出镜81、输出镜9、输出镜10、输出镜11、第二反射镜12、第二调整机构13。
全反射镜1采用高强度、高稳定性的铜合金作为基底材料，并在反射面上镀上高反射率膜层，使激光损耗降至最低。电机4采用带自锁功能的力矩电机，并具备角度反馈功能,如反馈第一反射镜6和第二反射镜12的角度。第一反射镜6和第二反射镜12采用高稳定性基底材料，并在反射面上镀上高反射率膜层以降低激光损耗；输出镜座7采用高强度、高刚度、线膨胀系数小的材料，根据输出镜的数量在其上均布相应数量的出光口。
CO2激光在全反射镜1和输出镜之间形成振荡增益并通过输出镜输出，第一反射镜6和第二反射镜12用于改变激光的方向，使激光在全反射镜1和不同的输出镜之间形成振荡增益。第一调整机构5安装在电机4的转子上，随转子一起转动；第二调整机构13安装在电机4的定子上，不随电机转动。第一调整机构5和第二调整机构13均为多维调整机构(如多维调整机构为五维调整机构)，可进行平动和转动。
第一反射镜6固定在第一调整机构5上，第二反射镜12固定在第二调整机构13上；第一调整机构5和第二调整机构13自身具备平动和转动功能，用以调整第一反射镜6与第二反射镜12之间的距离和角度，保证第一反射镜6与第二反射镜12的反射面始终平行，同时保证全反射镜1和不同的输出镜之间产生最大的激光增益；输出镜81、输出镜9、输出镜10和输出镜11根据所需CO2激光波段分别镀上相应的光学膜层，并通过密封连接方式固定在输出镜座7上；控制系统3通过连接线2控制电机4定子的转动，同时控制第一调整机构5和第二调整机构13的平动和转动；输出镜10与全反射镜1同轴，输出镜81、输出镜9、输出镜10和输出镜11按照输出镜座7的轴线均匀分布。
工作原理说明：例如当需要输出镜10输出CO2激光时，控制系统3控制第二调整机构13使第二反射镜12向下移动，当第二反射镜12完全离开激光增益区时，CO2激光在全反射镜1和输出镜10之间产生振荡增益，最后通过输出镜10输出。当需要输出镜81、输出镜9和输出镜11输出CO2激光时，控制系统3控制第二调整机构13，使第二反射镜12处于全反射镜1和输出镜10之间的光路中，然后控制电机4使第一反射镜6随电机4的转子旋转一定的角度直至到达指定输出镜的位置，最后控制第一调整机构5和第二调整机构13来调整第一反射镜6和第二反射镜12之间的距离和角度，使CO2激光通过第一反射镜6和第二反射镜12的反射在全反射镜1和指定输出镜之间形成振荡增益，最后通过指定的输出镜输出激光。
本发明提供的激光输出光学谐振腔装置包括全反射镜、控制系统、电机、第一调整机构和第二调整机构、第一反射镜、第二反射镜以及设置在输出结构上的多个输出镜，且所述多个输出镜分别镀有不同的光学膜层，以对不同波段的激光进行选择，所述至少两个输出镜均布在输出镜座上。本申请通过在CO2激光器上设置多个输出窗口，每个输出窗口分别镀允许特定波段激光输出的光学膜层，且这些输出窗口之间可以相互切换，从而实现高功率多波段CO2激光输出。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，包括：全反射镜(1)、控制系统(3)、电机(4)；
分别安装在电机(4)转子和定子上的第一调整机构(5)和第二调整机构(13)；固定在所述第一调整机构(5)上的第一反射镜(6)，固定在所述第二调整机构(13)上第二反射镜(12)；
所述控制系统(3)通过连接线(2)控制电机(4)以及第一调整机构(5)和第二调整机构(13)的运动；
还包括输出结构(8)，所述输出结构(8)包括至少两个输出镜，所述至少两个输出镜分别镀有不同的光学膜层，以对不同波段的激光进行选择，所述至少两个输出镜均布在输出镜座(7)上，输出镜座上设置有出光口，出光口数量与所述输出镜的数量一致；
所述第一调整机构(5)和第二调整机构(13)用于调节第一反射镜(6)和第二反射镜(12)的位置和放置方向，使所述全反射镜(1)发出激光后能与指定的输出镜产生最大的激光增益，并通过所述指定的输出镜输出激光。
2.如权利要求1所述的激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，所述输出镜包括4个，4个输出镜均匀分布在所述输出镜座(7)上。
3.如权利要求1所述的激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，所述全反射镜(1)上镀有反射率高于99％的膜层。
4.如权利要求1所述的激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，所述电机(4)为带自动锁功能的力矩电机，所述电机可反馈第一反射镜6和第二反射镜12的角度。
5.如权利要求1所述的激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，所述第一调整机构(5)和第二调整机构(13)均为多维调整机构，可进行平动和转动。
6.如权利要求5所述的激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，所述多维调整机构为五维调整机构。
7.如权利要求1所述的激光输出光学谐振腔装置，其特征在于，所述第一反射镜(6)和第二反射镜(12)上均镀有反射率高于99％的膜层。
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