CN2089211U - 一种固定谱线co2激光器的全内腔结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于气体激光器件，设计了一种用于 固定谱线CO₂激光器的全内腔结构，整个腔体处于 密封器件中，这种腔体不用机械调谐进行选线。而是 事先通过光棚盘座的位置调节，进行对光选线，然后 密封固定。腔结构的设计还包括了一级、零级双束输 出部分，使用中，光棚与一级、零级输出镜之间不再有 松动的可能，实现了谱线完全稳定的双束输出。

Description

属于气体激光器件领域。

在气体激光器件的使用中，尤其是在相干外差激光成象技术中，要求激光器的主发射光束谱线与本振光束的谱线完全相同，并有很高的稳定性，这就希望激光器能在选定的谱线下给出稳定的双束（一级与零级）同时输出的状态。在已有的选线CO₂激光器中，腔体结构大多数采用全外腔结构或半外腔结构，作为反射镜的光栅与另一端面的输出镜所构成的光栅激光腔，局部或全部处于器件真空密封管壳的外部，光栅的调节是通过传动机构来实现，利用安装在管外的螺旋测微头调节光栅座的坐标，进行对谱线的选择。待谱线选定后，光栅座与管体的相对位置应该固定不变，以保证使用过程中输出谱线、模式、功率的稳定性。

目前国际上使用的选线CO₂激光器，属外腔式结构的，如IEEE－Journal of QE August 1982，P1222所给出的CO₂激光器，就是采用机械调谐来进行选线，又如“中国激光”杂志1985年第12卷第9期所给出的CO₂激光器，也是利用机械调谐的全外腔结构。安徽光机所等单位研制的半外腔结构选线CO₂激光器，也要靠机械调谐进行选线。上述这些器件中，由于光栅腔体调谐机构带有可动的螺纹，存在一定的间隙，在使用过程中容易松动，尤其是在振动的环境下，光栅腔很容易因振动造成失谐，严重影响了谱线稳定性，并有模式变坏，输出功率下降等不良后果发生。

本设计的目的，即针对上述缺陷，为使激光器使用过程中输出光束的谱线稳定，消除因振动造成机械调谐装置发生松动，本设计采用了固定式全内腔的结构，结构设计中，分别包括了一级、零级输出部分。光栅与一级输出镜，零级输出镜之间不再有松动的可能，以实现完全牢固，稳定的工作状态。按附图说明：［1］一级输出镜，它是锗平镜，内侧镀增反膜，外侧镀增透膜，一般控制总透过率为10％－13％。［2］输出镜座，其材料是不锈钢或其他硬金属。［3］具有金属基底的光栅，可以用不锈钢，无氧铜或其他金属材料制成基底，光栅刻线密度由所选谱线而定。［4］定位斜块，采用膨涨系数小的金属材料制成，斜块的两个侧面为45°角等腰直角三角形，斜面部分是与光栅同样面积的矩形。［5］光栅盘座，采用不锈钢金属或其他硬金属材料制成。［6］水冷座，座上带有入水和出水管，采用不锈钢金属或其他硬金属材料制成。［7］监视镜，采用镀金平镜片，贴在水冷座的中心位置。［8］零级输出镜，也是锗平镜，两侧均镀增透膜，使总透过率为98％左右。［9］管内其他部分，指器件中激光腔体以外的部分。［10］石英玻璃管壳，它将器件整体密封，管壳一端侧壁开有园形窗，窗上封接零级输出镜［8］，镜面的法线方向穿过管轴并与一级输出镜的法线相互垂直，以提供相互垂直的双束输出。

在腔体结构的装配过程中，先将一级输出镜［1］通过输出镜座［2］固定密封到石英玻璃管壳［10］的端部，保持输出镜的法线与管壳另一端零级输出镜的法线相互垂直。再将定位斜块［4］与光栅盘座［5］焊接在一起，斜块的作用是固定光栅面与光栅盘座之间的相对位置，使一级输出光束与零级输出光束的轴线相互垂直。把焊有斜块的光栅盘座与水冷座［6］装成一个整体并焊牢，最后将具有金属基底的光栅［3］焊到定位斜块［4］上，再将它们置于石英玻璃管壳［10］的另一端部，按照激光器件制造过程中常规的对光方式，调节光栅盘座整体与管壳之间的轴向与角向位置，用光谱仪观察到由一级输出镜获得的谱线为所选定的谱线，一级输出光束的模式为TEMoo，并且观察到输出功率为最大，此时腔体各部件的相对位置即可确定为最佳位置，将光栅盘座整体与管壳之间固定并密封，这就形成了腔体各部件装在一起的全内腔整体结构。在整管制作过程中，通过监视镜［7］监视光路，使操作中监视镜反射象保持不变。

采用这种固定式全内腔结构所制成的CO₂激光器，其优点是器件无机械调谐间隙，具有抗震动能力，输出谱线及输出功率的稳定性都得以提高，并由于这种腔结构自身的设计特点，保证了一级与零级双束同时输出，使一只管子完成两只管子的功能。器件重量轻，使用简便。

最佳实施例，以所选定的谱线波长为10.59μm为例，相应要求的光栅最佳刻线密度为133.3L／mm，它保证了一级输出光束与零级输出光束间相垂直的关系。所采用的不锈钢基底光栅［3］为凹球面形消象散光栅，曲率半径R为6m。定位斜块［4］的材料为殷钢，斜面部分面积为12.5mm×17.5mm。斜块焊在6mm厚不锈钢制成的光栅盘座上，并装上水冷座。所选用的石英玻璃管壳为800mm长。密封好一级输出镜并装配好光栅盘座后即在另一端进行光栅对光调节，调整盘座整体与管壳间的位置，器件固定密封后，可分别在光谱仪观察到频谱为10.59μm的一级与零级双束输出，模式为TEMoo模，所测频率稳定度为5.4×10^－9（10ms范围）双束输出功率分别为：一级P₁＝8.45W零级P₀＝0.50W，功率稳定度为1％，超过了用机械调谐的同类产品所测得的频率稳定度为10^－8及功率稳定度（5～10）％的性能指标。

Claims (2)

1、一种用于固定谱线CO₂激光器的腔体结构，其特征在于整个腔体处于密封器件中，它们由一级输出镜[1]、输出镜座[2]、具有金属基底的光栅[3]、定位斜块[4]、光栅盘座[5]、水冷座[6]、零级输出镜[8]、石英玻璃管壳[10]构成完全密封的全内腔结构。

2、按照权利要求1所述的腔体结构，其特征在于石英玻璃管壳［10］的侧壁上提供零级输出的园形窗口封有零级输出镜［8］，其镜面的法线方向穿过管轴并与端部一级输出镜的法线相互垂直，以提供相互垂直的双束输出。

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