CN1325161A - 圆筒直板型气体激光器 - Google Patents

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Abstract

提供了输出激光束的截面中强度分布近似高斯分布的优良激光光线的板型气体激光器装置。将直径不同的两个圆筒状电极11、12经隔离件13配置成同心状、形成填充满包围两个圆筒状电极11、12之间的激光媒质的圆筒直板1、在圆筒直板1的一个端部配置环状特技镜M1、在圆筒直板1的一个端部中央配置透过一部分光线反射其余光线的输出镜M2、在圆筒直板1的另一端部配置W轴棱镜M3、将特技镜M1的曲率中心位置Xm的半径(离开中心轴的距离)和特技镜M1自身的中心位置X0的半径(离开中心轴的距离)设置成Xm≤1.1X0的关系。

Description

圆筒直板型气体激光器
本发明涉及圆筒直板型气体激光器，尤其涉及得到输出的激光束的截面中强度分布近似高斯分布的优良激光光线的结构。
作为CO2激光器等的气体激光器，已知有板型气体激光器。这种板型气体激光器中，由于激励电极的间隔狭窄，激励起来的气体通过冲击到电极来冷却，加速进行激光器的低位依次缓解，从而将其叫作通过电极的扩散冷却型激光器。
在这种板型气体激光器中，根据光传播的方式将其分类为波导型气体激光器和直线型气体激光器。在波导型气体激光器中，即使在放射光线的波长是10微米的CO2激光器的场合，两个电极的间隔也是几个毫米，激光以波导模式按锯齿形反射并在电极之间传输。直线型气体激光器中，两个电极的间隔大到光可沿自由空间中传输的程度，光以自由空间模式在两个电极之间传输。
如图5所示，已知圆筒直板型气体激光器上经隔离件13同心水平配置两个直径不同的圆筒状电极11、12，包围两个圆筒状电极11、12之间形成填充满激光媒质的圆筒直板1，在这个圆筒直板1的一个端部上配置环状的特技(trick)镜M1，同时在圆筒直板1的一个端部的中央配置透过一部分光线反射其余部分光线的输出镜M2(半镜)，在圆筒直板1的另一端部上配置W轴棱镜M3。
然后，使用这样的圆筒直板1的已有板型气体激光器中，为得到大输出，如图2(c)所示，把特技镜M1的曲率的中心位置的半径Xm(离开中心轴的距离)设置成比特技镜M1自身的中心位置(特技镜的宽度的一半的位置)的半径X0大。
这样在使用圆筒直板1的板型气体激光器中，如果不把两个圆筒状电极11、12正确布置成同心状来工作，则只能得到如图4(a)(b)所示那样的截面强度分布近似于高斯分布的优良模式的射束，只能得到具有图7(c)(d)所示的强度分布的模式的射束，因此如图5(b)的侧面图所示，两个圆筒状电极11、12之间设置了多个隔离件13并配置成同心状。
但是，设置隔离件13时，因其影响，输出镜M2的出口处的强度分布，如图6中所示的强度分布那样，成为峰被分割并且峰值不对齐的模式，透镜会聚该模式的激光的远场像也如图7(a)(b)所示被分割，不能成为匀称的形状。
如果远场像的强度分布不是接近高斯分布的匀称的射束，那么用于切断加工时，根据移动射束的方向，切断宽度和切断效率发生改变，不切合实际应用。
因此，本发明的目的是解决使用这样的圆筒直板的板型气体激光器具有的问题。
本发明的圆筒直板型气体激光器为：将直径不同的两个圆筒状电极11、12经隔离件13配置成同心状、形成填充满包围两个圆筒状电极11、12之间的激光媒质的圆筒直板1、在该圆筒直板1的一个端部上配置环状的特技镜(trickmirror)M1、在圆筒直板1的一个端部的中央配置透过一部分光线反射其余部分光线的输出镜M2、在圆筒直板1的另一端部上配置W轴棱镜M3，将特技镜M1的曲率中心位置Xm的半径(离开中心轴的距离)和特技镜M1自身的中心位置X0的半径(离开中心轴的距离)设置成Xm≤1.1X0的关系。
图1是表示本发明的圆筒直板型气体激光器的实施例的简图；
图2是在直板型气体激光器中使用的、曲率中心位置的半径不同的三种特技镜的截面图；
图3表示图1所示的气体激光器的输出镜的出口处的激光束强度分布的图；
图4是表示用透镜集合图3所示的激光束的远场像的强度分布的图；
图5是表示已有的圆筒直板型气体激光器的一个例子的简图；
图6是表示图5所示的气体激光器的输出镜出口处的光束强度分布的图；
图7是表示用透镜集合图6所示的激光束的远场像的强度分布的图。
(第一实施例)
如图1所示，本发明的圆筒直板型气体激光器为把直径不同的两个圆筒状电极11、12横向放置经绝缘体隔离件13将两个圆筒状电极11、12配置成同心状、形成填充满两个圆筒状电极11、12包围的激光媒质的圆筒直板1、在该圆筒直板1的一端配置环状特技镜M1、在圆筒直板1的上部中央配置透过一部分光线后把其余光线反射出去的输出镜M2(半镜)、在圆筒直板1的另一端配置W轴棱镜M3。
向两个圆筒状电极11、12施加高频电压时，圆筒直板1的气体被激励，由包括三个镜M1、M2和M3的共振器产生激光，可由输出镜M2输出到外部。
作为特技镜M1，如图2(a)～(c)所示，准备曲率半径和曲率中心位置不同的三种环状镜，各个镜的曲率的中心位置的半径(中心偏置)Xm与光束品质Q(截面强度分布接近高斯分布的程度)的关系通过实验确定，特技镜M1的曲率的中心位置Xm的半径(离开中心轴的距离)与特技镜M1自身的中心位置X0的半径(离开中心轴的距离)的关系设置为Xm≤1.1X0时，输出镜M2的出口处强度如图3所示，因隔离件13的存在而分割光束，但成为峰值对齐的模式，由透镜集合该模式的激光的远场像如图4(a)(b)所示，明显变成强度分布接近高斯分布的匀称光束。
如果这样设定特技镜M1的曲率中心位置的半径与特技镜M1自身的中心位置X0的半径的关系，激光的全部输出被降低若干，但由于经透镜集合的远场像的强度分布变得接近高斯分布的匀称光束，在用于切断加工时，在切断宽度和切断效率方面是有利的。
根据以上实施例的说明可知，根据本发明，通过特技镜M1的曲率的中心位置Xm的半径(离开中心轴的距离)与特技镜M1自身的中心位置X0的半径(离开中心轴的距离)的关系设置为Xm≤1.1X0，即使设置了隔离件13，用透镜集合输出激光的远场像的光束强度分布接近高斯分布、可以得到适合加工的匀称光束。

Claims (1)

1．一种圆筒直板型气体激光器，其特征在于：
将直径不同的两个圆筒状电极经隔离件配置成同心状、形成填充满包围所述两个圆筒状电极之间的圆筒状的激光媒质的圆筒直板；
在所述圆筒直板的一个端部上配置环状的特技镜(trick mirror)；
在所述圆筒直板的一个端部的中央配置透过一部分光线反射其余部分光线的输出镜；
在所述圆筒直板的另一端部上配置W轴棱镜；
将所述特技镜的曲率中心位置Xm的半径(离开中心轴的距离)和特技镜自身的中心位置X0的半径(离开中心轴的距离)设置成Xm≤1.1X0的关系。
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