CN2396541Y - 一种用于气体激光器的谐振腔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于气体激光器的谐振腔,其由定向棱镜、气体工作介质、输出镜构成,采用了定向棱镜作为全反射镜,定向棱镜的顶点置于放电轴线上,或者置于光轴上,定向棱镜的底面面向输出镜。定向棱镜采用实心三面直角棱镜或者采用空心三面直角棱镜。本实用新型设计合理,结构简单,安装、使用、维护方便,其性能比其它谐振腔结构的气体激光器有显著的提高,具有免调试、高抗失调、寿命长、光束质量好的优点。

Description

一种用于气体激光器的谐振腔

本实用新型涉及一种激光器用的谐振腔，特别是一种用于气体激光器的谐振腔。

目前，广泛使用的气体激光器有准分子、CO₂、N₂、氧碘、CO和Ar⁺等激光器。气体激光器通常由激光工作介质、激励电源、谐振腔等主要部分组成。其基本工作原理是，气体激光工作介质吸收了外界泵浦能量后实现粒子数反转，受激辐射的光借助于光学谐振腔的作用在腔内形成激光振荡和光放大，从而产生受激辐射放大的相干光，即激光。在上述气体激光器中使用的谐振腔大多数由两块平行放置的平面镜组成，一块平面镜作为输出镜，另一块平面镜作为全反射镜，谐振腔内充有一定气压的激光工作介质，激光器产生激光振荡，要求两平面镜严格平行，当两平面镜相对倾斜角度大于20″时，激光输出急剧减小或者无激光输出。由于这种平面镜结构的谐振腔具有调试精度要求高、容易失调的固有特性，使得采用这种谐振腔的气体激光器在安装、使用和维护中遇到困难。例如，即使调整好的谐振腔，在受到机械振动、冲击、温度或气压变化的影响下，谐振腔的光轴和腔镜都会偏离原有的正确位置，产生谐振腔的失调，从而导致输出激光能量下降、光束质量变坏，影响使用效果。此外，在大功率、高重复频率运行的准分子激光器、CO₂激光器等气体激光器中，构成谐振腔的平面全反射镜的膜层极易受到激光损伤和腐蚀，影响激光输出的稳定性与激光模式。据有关资料介绍，平面谐振腔不能解决放电不均匀、增益分布不均匀等因素导致光束质量差的弊端。因此，提高气体激光器的抗失调稳定性并改善光束质量一直是气体激光器急待解决的技术难题。为了解决这一难题，国内外从事激光研究的人们进行了大量的研究，通常采用设计特殊的腔型，或者采用膨胀系数极小的腔体材料，或者采用复杂的光桥结构，来避免谐振腔失调。

本实用新型的目的是，针对上述现有技术的不足进行改进，提出并设计一种用于气体激光器的谐振腔。

本实用新型的技术解决方案是，包括输出镜、气体工作介质，其特征在于，采用了定向棱镜作为全反射镜，定向棱镜与气体工作介质和输出镜构成谐振腔，定向棱镜的顶点置于放电轴线上，或者置于光轴上，定向棱镜的底面面向输出镜。

其特征在于，过定向棱镜顶点的三个表面互相垂直，内表面是反射面。

其特征在于，定向棱镜为实心三面直角棱镜。

其特征在于，定向棱镜为空心三面直角棱镜。

其特征在于，空心三面直角棱镜，其相互垂直的三个反射面构成空心的角锥，内表面镀全反膜，作为全反射镜。

本实用新型的优点在于：1、采用定向棱镜作为全反射镜和输出镜构成谐振腔，使用该谐振腔的气体激光器具有非常强的抗失调能力，作为全反镜的定向棱镜允许失调角高达±21°，这是因为定向棱镜具有全方位的抗失调特性，即能将空间任何角度入射的光线折转180°沿原方向返回。该结果是现有气体激光器不可能达到的，克服了传统气体激光器谐振腔必须依靠复杂的机构并对之进行精确调整尚不能满足稳定运行的缺陷，克服了现有气体激光器的谐振腔容易失调而导致激光器失效的缺陷，达到激光器安装后即可正常运转的独特功能。2、该谐振腔的定向棱镜作为全反镜具有出射光与入射光相互平行并对称于光轴的特性，它可以对因热畸变、气体不均匀性、放电不均匀性导致的增益分布不均匀起到光学补偿作用，从而提高了光场分布的均匀性，压缩了发散角，使远场的能量更为集中，从而提高了光束质量。3、实心定向棱镜作为全反射镜无需镀膜，避免了膜层损伤和腐蚀，这一点对带有腐蚀性工作介质的气体激光器尤为重要，极大提高了气体激光器输出能量的稳定性并延长了激光器的寿命。4、该谐振腔设计合理，结构简单，安装、使用、维护方便，且性能可靠，容易对相关的气体激光器进行改装。采用定向棱镜谐振腔的气体激光器可广泛应用于军事、工业加工、医疗、科学研究等领域。

图1，本实用新型的基本结构示意图。

图2，本实用新型采用的定向棱镜的结构示意图之一

图3，本实用新型采用的定向棱镜的结构示意图之一的左侧视图

图4，本实用新型采用的定向棱镜的结构示意图之一的俯视图

图5，本实用新型采用的定向棱镜的结构示意图之二

图6，本实用新型采用的定向棱镜的结构示意图之二的右侧视图

下面，根据附图详细描述本实用新型的实施例：

如图1所示，本实用新型由定向棱镜1、气体工作介质2、输出镜3构成谐振腔，定向棱镜1作为全反射镜，定向棱镜1的顶点5置于放电轴线4上，定向棱镜1的底面面向输出镜3，输出镜3是平面输出镜，也可以采用球面输出镜，气体工作介质2位于定向棱镜1和输出镜3之间。如图2、图3、图4所示本实用新型的实施例采用的定向棱镜1是实心三面直角棱镜。

如图5、图6所示，本实用新型采用的定向棱镜1是空心的三面直角棱镜，其相互垂直的三个反射面构成空心的角锥，内表面6镀有全反射膜，作为全反射镜。

定向棱镜1采用光学玻璃或宝石、石英等晶体材料加工制作。空心三面直角棱镜由于其内表面6镀有全反射膜，也可以采用金属或非金属材料加工制作。

本实用新型可用于XeCL、ArF和KrF等准分子气体激光器，也可用于氧碘、CO₂和CO等气体激光器中。

Claims (5)

1、一种用于气体激光器的谐振腔，包括输出镜、气体工作介质，其特征在于，采用了定向棱镜(1)作为全反射镜，定向棱镜(1)与气体工作介质(2)和输出镜(3)构成谐振腔，定向棱镜(1)的顶点(5)置于放电轴线(4)上，或者置于光轴上，定向棱镜(1)的底面面向输出镜(3)。

2、根据权利要求1所述的一种用于气体激光器的谐振腔，其特征在于，过定向棱镜(1)的顶点(5)的三个表面互相垂直，内表面是反射面。

3、根据权利要求1所述的一种用于气体激光器的谐振腔，其特征在于，定向棱镜(1)为实心三面直角棱镜。

4、根据权利要求1所述的一种用于气体激光器的谐振腔，其特征在于，定向棱镜(1)为空心三面直角棱镜。

5、根据权利要求4所述的一种用于气体激光器的谐振腔，其特征在于，空心三面直角棱镜中相互垂直的三个反射面构成空心的角锥，内表面(6)镀全反射膜，作为全反射镜。

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