CN202025978U - 一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔 - Google Patents
一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔 Download PDFInfo
- Publication number
- CN202025978U CN202025978U CN201020519515XU CN201020519515U CN202025978U CN 202025978 U CN202025978 U CN 202025978U CN 201020519515X U CN201020519515X U CN 201020519515XU CN 201020519515 U CN201020519515 U CN 201020519515U CN 202025978 U CN202025978 U CN 202025978U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- laser
- resonant cavity
- reflective mirror
- total reflective
- cavity
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Landscapes
- Lasers (AREA)
Abstract
一种用于横流二氧化碳激光器的凸-凹非稳定谐振腔，主要用于改善高功率横流二氧化碳激光器的光束质量。该激光谐振腔的主要技术方案是：这种非稳谐振腔由凸球面全反镜、凹球面全反镜和激光输出窗口等三个光学元件组成，当凸球面全反镜和凹球面全反镜按照一定的方式组合时，该光腔是一个单端正支的虚共焦凸-凹非稳腔，光学上是一个望远镜型的谐振腔，其输出的激光束为平行光。
Description
技术领域
本实用新型属于激光技术领域，主要用于改善高功率横流二氧化碳激光器的光束质量。
背景技术
本专业的技术人员十分清楚，激光谐振腔(以下简称光腔)是激光器产生激光的不可缺少的关键部件。其基本物理原理是相同的，但在不同的激光器中具体结构和形态不尽相同。高功率(指平均功率200瓦以上)横流二氧化碳激光器因为气体流动、气体放电激发、激光谐振腔的激光束出光的三方向是互相正交的，所以产生激光的增益区的横截面一般是矩形的，而且不均匀。这样，横流二氧化碳激光的光束质量一般不好，在工业和军事应用中受到了很大的限制。目前，横流高功率二氧化碳激光器的光腔主要有三种形式：平-凹稳定腔，指由平面镜和凹球面镜组成的光腔；多折平-凹稳定腔，这种腔与平-凹稳定腔是一样的思想，不同的是用折叠的方式增加光腔的长度改善光束质量和提高增益区的利用效率；共焦点凸-凹非稳定腔，指由有公共焦点的凸球面镜和凹球面镜组成的光腔。平-凹腔的显著优点是光腔最为稳定，主要问题是光束质量很差，所产生的激光是多模激光，聚焦性能和传输性能不好，聚焦后的最小光斑只能达到约一毫米，只能在对光束要求不高的热处理、熔覆等场合中应用。多折平-凹稳定腔是从改善光束质量和增加模体积从而提高效率出发而设计的光腔，但实际效果是光腔很不稳定，因为增加了光腔的长度所带来的问题就是难以稳定工作，例如一个五折腔的腔长是平-凹腔的五倍，任何位移变化至少放大五倍，容易在运行中失调而导致功率显著降低甚至不出光。共焦点凸-凹非稳定腔是根据平-凹腔的缺点提出改进的光腔，用这种腔可以获得比较好的光束质量，聚焦的最小光斑能达到零点一毫米，可以进行切割、焊接、和远距离传输等这样的要求高的应用，当然也可以在低要求的加工中应用；一般共焦点凸-凹非稳定腔的所利用的增益区的横截面是一个圆形或者矩形，为了获得比较高的效率，它利用了一个凹面镜、一个凸面镜、一个45°放置的输出耦合镜和一个全透过窗口，它具有四个光学元件，具体结构的典型图示意如图1；这样的凸-凹非稳定腔的结构比较复杂，使用中的调节难度大，可靠性比较差；必须说明的是：这种腔的输出耦合镜中间的孔如果是圆形的，其输出的激光束将是一个圆环；如果中间的孔是方型的，其输出的激光束将是一个方形环。
实用新型内容
针对原有光腔的缺点，本实用新型的目的是提供一种用于横流二氧化碳激光器的凸-凹非稳定谐振腔(以下简称非稳谐振腔)，为了达到这个目的，本实用新型的主要技术方案是：这种非稳谐振腔由凸球面全反镜、凹球面全反镜和激光输出窗口等三个光学元件组成，当凸球面全反镜和凹球面全反镜按照一定的方式组合时，该光腔是一个单端正支的虚共焦凸-凹 非稳腔，光学上是一个望远镜型的谐振腔，其输出的激光束为平行光。
本实用新型所述的非稳谐振腔的凸球面全反镜还可以是凹球面全反镜。当一个凹球面全反镜和凹球面全反镜适当组合时，该非稳谐振腔结构是一个实共焦凹-凹非稳腔。
本实用新型所述的非稳谐振腔的核心内容之一是：一般非稳谐振腔具有四个光学元件，其中耦合和输出是由两个光学元件完成，即45°布置的输出耦合镜和全透过窗口，其输出光束与谐振腔光轴成90°转折，从而造成使用上的不方便和调节的困难，也使得结构复杂和不可靠；这种一般非稳腔的具体原理图如图1。而本实用新型所述的非稳谐振腔只有三个光学元件，其中采用了一个特殊的支撑结构(简称支撑杆)将输出一端的球面镜(如果是虚共焦非稳腔该球面镜就是凸球面镜，如果是实共焦腔该球面镜就是凹球面镜)支撑起来直接实现输出而不需要45°耦合镜。支撑杆与输出端的球面镜是直接焊接在一起或粘接在一起。具体原理图如图2。如果输出耦合的球面镜是圆形的，输出的激光束将是圆环；如果输出耦合的球面镜是方形的，输出的激光束则是方形环；但是它们的共同特点是中间都有支持杆遮挡后的阴影，即圆环或方环中间都有支撑杆阴影而不完整，使激光光束近场能看到被遮挡的部位。该支撑杆除了支撑的作用外，还有通过冷却液体从而冷却输出耦合镜的作用，因为高功率激光的功率密度大，镜片的反射率必然小于100％而存在吸收，不冷却镜片就会变形或烧毁而影响使用。同时为了尽量避免支持杆遮挡过多的激光(被遮挡的部分能量是被浪费掉的部分)，支撑杆的结构设计为扁平结构，既保证了一定的支撑强度又使得挡光面积小，即与光轴平行方向宽、与光轴垂直方向窄、中间是空心的便于通过冷却液体。具体制作时可以用一根金属管将其支持镜片的部位压扁而其它部位维持圆形截面，这样既有比较高的强度又能保持液体在支持杆内畅通。
当本实用新型所述的非稳谐振腔镜片由一般球面曲率组合就构成一般非稳谐振腔，此时输出的光束不是平行光，需要再处理才能变为平行光。
本实用新型的主要优点是：1)、获得准基模的激光束输出，这是接近衍射极限的性能最好的光束模式；2)、实现输出光轴和谐振腔的光轴同心而不改变光的传输方向，调节和使用起来都方便；3)、尽可能充分地利用横流激光器的增益区，获得尽可能大的模体积和尽可能高的激光转换效率；4)、能够长期稳定工作，便于横流激光器的大规模工业和军事应用。
本实用新型除了上述显著特点外，还具有结构简单容易实现等适合工程化的优点。它所需要的光学元件只有三个，安装好后需要调整的元件只有一个、即一个球面全反射镜，在调整好以后就基本不需要动了，特别适合工业生产和军事应用。从高功率激光应用方面看，横流二氧化碳激光是高功率气体激光中成本最低、效率最高、功率最高、寿命最长的激光器，只是因为光束质量不好而失去了很多应用领域。本实用新型可以彻底地解决这样的问题，使横流激光器的应用产生根本的变化。
本实用新型除了能用于二氧化碳激光器外，还能够用于类似的气体激光器、例如一氧化碳激光器和准分子激光器等等激光器。
附图说明
图1是普通虚共焦非稳谐振腔基本结构示意图。
在普通的虚共焦非稳腔结构中，组成光腔的光学元件是四个：其中元件(1)是凹球面镜，(2)是凸球面镜，(3)是45°度耦合镜，(4)是输出窗口。元件(1)和(2)组成基本的谐振腔，(3)用于耦合，(4)用于隔离激光工作气体和大气。
图2是本实用新型虚共焦非稳谐振腔基本结构示意图。
在本实用新型的虚共焦非稳腔结构中，组成光腔的光学元件是三个：其中元件(5)是凹球面镜，(6)是凸球面镜，(7)是输出窗口。元件(5)和(6)组成基本的谐振腔，(7)用于隔离激光工作气体和大气。与普通的虚共焦非稳腔不同的是，元件(6)有一个支撑杆将凸球面镜支撑起来实现激光的直接输出，输出光的方向与振荡光的方向一致。支撑杆除了起到支撑凸球面镜的作用外，还有冷却凸球面镜的作用。支撑杆的结构设计为扁平结构，既保证了一定的支撑强度又使得挡光面积小，即与光轴平行方向宽、与光轴垂直方向窄、中间是空心的便于通过冷却液体。
图3、图4和图5是其中凸球面镜和支撑杆以及外围安装环装配起来的机械结构示意图，其中图3是主视图、图4是俯视图、图5是侧视图。在这三个图中，支撑杆(8)是扁平和空心的，凸球面镜(9)是方形的，因此输出的激光光斑是方环形，外围安装环(10)是圆形的。如果将凸球面镜设计为圆形的，则输出的激光光斑是圆环形的。
图2中的三个光学元件的具体几何尺寸和光学参数(包括镜面的曲率半径)根据具体激光器的需要计算确定。
具体实施方式
本实用新型的具体实施例子如下：
一个平均功率为10000W的横流TEA二氧化碳激光器，工作频率150-500Hz，单脉冲能量20-50J，光腔长度2000mm，其气体放电产生的增益区截面为46mmX46mm的方形，元件(5)是曲率半径为8000mm、镜面尺寸为Φ80mm、厚度为20的凹球面全反射镜；元件(6)是曲率半径为4000mm、镜面尺寸为23mmX 23mm正方形、厚度为20mm的凸球面全反射镜；元件(7)是镜面尺寸为Φ96mm、厚度为10mm、透过率接近100％的ZnSe平面输出窗口。这样的组合起来的非稳谐振腔是一个放大倍率M(两个全反射镜的曲率半径8000mm和4000mm的比值)为2的单端正支的虚共焦凸-凹非稳腔，其输出光束在接近输出窗口处的形状是一个外边长为46mm、内边长为23mm的方形环。输出光束模式为基膜，功率为10000W，极大地改善了光束质量和拓宽了横流二氧化碳激光器的应用范围。
Claims (5)
1.一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔，它由凹球面全反镜、凸球面全反镜和激光输出窗口组成，其特征在于：当凹球面全反镜和凸球面全反镜组合时，其组合镜光腔是一个单端正支的虚共焦凸-凹非稳腔，它通过窗口直接输出激光，因此激光输出方向与谐振方向是相同的。
2.按照权利要求1所述的一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔，其特征在于：当凸球面全反镜改为凹球面全反镜时，通过球面曲率组合，虚共焦非稳腔就变成实共焦非稳腔。
3.按照权利要求1所述的一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔，其特征在于：采用了支撑杆将输出一端的球面镜支撑起来直接实现输出而不需要45°耦合镜。
4.按照权利要求1所述的一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔，其特征在于：在高功率状态下，为了减少对输出激光的遮挡，支撑杆采用扁平结构。
5.按照权利要求1所述的一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔，其特征在于：在高功率状态下，为了冷却谐振腔的球面镜，支撑杆采用空心的结构便于冷却介质通过。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201020519515XU CN202025978U (zh) | 2010-09-07 | 2010-09-07 | 一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201020519515XU CN202025978U (zh) | 2010-09-07 | 2010-09-07 | 一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN202025978U true CN202025978U (zh) | 2011-11-02 |
Family
ID=44850915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201020519515XU Expired - Lifetime CN202025978U (zh) | 2010-09-07 | 2010-09-07 | 一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN202025978U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102496838A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高功率非稳腔激光器输出端腔镜安装装置 |
| CN102664341A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 无横向支杆非稳腔输出腔镜安装结构 |
| CN103872575A (zh) * | 2012-12-10 | 2014-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种yag泵浦的共焦非稳腔气体拉曼激光器 |
| CN104064945B (zh) * | 2014-07-16 | 2017-12-26 | 成都精密光学工程研究中心 | 一种可调谐板条激光器 |
-
2010
- 2010-09-07 CN CN201020519515XU patent/CN202025978U/zh not_active Expired - Lifetime
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102496838A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-13 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 高功率非稳腔激光器输出端腔镜安装装置 |
| CN102664341A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-09-12 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 无横向支杆非稳腔输出腔镜安装结构 |
| CN102664341B (zh) * | 2012-05-10 | 2013-07-03 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 无横向支杆非稳腔输出腔镜安装结构 |
| CN103872575A (zh) * | 2012-12-10 | 2014-06-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种yag泵浦的共焦非稳腔气体拉曼激光器 |
| CN104064945B (zh) * | 2014-07-16 | 2017-12-26 | 成都精密光学工程研究中心 | 一种可调谐板条激光器 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4984104B2 (ja) | 受動モードロックピコ秒レーザー | |
| CN202025978U (zh) | 一种用于横流二氧化碳激光器的非稳谐振腔 | |
| JPH09508753A (ja) | 強熱レンズ結晶を備えたダイオードポンプ型レーザ | |
| CN103346471B (zh) | 100W级1064nm端面泵浦全固态激光器 | |
| CN205790924U (zh) | 一种角锥式多冲程泵浦碟片激光器 | |
| WO1995021478A1 (en) | Confocal diode pumped laser | |
| CN113258417B (zh) | 一种双波长涡旋光激光器 | |
| CN103872576A (zh) | 一种近共心稳定腔气体拉曼激光器 | |
| CN108365515A (zh) | 一种单端泵浦高功率窄脉冲基模激光器及其工作方法 | |
| CN102510000B (zh) | 用于皮秒激光脉冲放大的高增益双程行波放大器 | |
| CN101262113B (zh) | 一种环形凹面输出镜激光谐振腔 | |
| CN206099037U (zh) | 一种半导体激光器端面泵浦旋转增益介质的锁模激光器 | |
| CN101262114B (zh) | 一种环形凹面反射镜激光谐振腔 | |
| CN106058632A (zh) | 一种基于键合晶体的脉冲能量可调的被动调q拉曼激光系统 | |
| CN105958311A (zh) | 球差调控热稳区及激光定型放大双矩形空心激光器 | |
| CN201001000Y (zh) | 用于横流二氧化碳激光器的组合激光谐振腔 | |
| CN215989625U (zh) | 激光器 | |
| CN1996683A (zh) | 直角内外圆锥面组合全反镜激光谐振腔 | |
| CN103390854B (zh) | 双单端泵浦双棒串接固体激光器 | |
| CN211088738U (zh) | 一种具有高光束质量和高输出效率的陶瓷激光器 | |
| CN109659803B (zh) | 一种高偏振纯度可调偏振方向的旋转对称偏振空心激光器 | |
| CN202121203U (zh) | 一种对温度不敏感的谐振腔结构 | |
| CN102593698B (zh) | 平底锅形镜面激光谐振腔 | |
| CN208478828U (zh) | 一种端面泵浦激光器的泵浦装置 | |
| CN100367582C (zh) | 不失调激光谐振腔 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20111102 |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| DD01 | Delivery of document by public notice |
Addressee: Cai Lingling Document name: Notice of termination of patent right |
|
| DD01 | Delivery of document by public notice |