CN2932768Y - 激光束模式控制装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光束模式控制装置，包括激光器，在所述的激光器的输出光束方向同光轴地置放一平凸透镜，该平凸透镜的凸面与所述的激光器的输出端面相对，该平凸透镜的平面与所述的激光器的输出端面之间的距离等于所述的平凸透镜的焦距，所述的平凸透镜的凸面镀对工作波长匹配的增透膜，该平凸透镜的平面中心处一定半径的圆面内镀对激光工作波长具有一定反射率的半透膜。本实用新型装置不仅提高了系统的稳定性和光束质量，而且结构简单，易调整，克服了现有技术结构复杂难调整的弊病。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光束和谐振腔，特别是一种激光束模式控制装置。
背景技术
随着现在工业、军事、通讯等领域对激光束要求的提高，即要求激光束功率增加的同时还要保证好的光束质量。但是通常激光器的功率提高时，输出光束的模式增多，光束质量下降。利用激光束的模式控制技术是解决这些高要求的有效途径，尤其是外腔模式控制技术能够获得高质量的输出。现有技术中，通常采用多个激光器相干组束或采用外腔与光栅、滤波器等元件结合的技术达到提高光束质量的目的，所用光学元件较多比较难于实现，对输入多根激光束的位置也有严格要求，参见在先技术[Opt.Lett.，2005，Vol.30(12)，1485-1487；Opt.Lett.，1993，Vol.18(18)，1520-1522]，以上两种外腔的方法能将光纤阵列的输出激光进行相干耦合提高输出光束质量，但所用光学元件多，多路光束操作，光路调节要求很高，每个光学元件之间的距离和输入光束之间的距离也需要严格控制，整个系统的稳定性也不高，实现起来较困难，另由于光束在谐振腔中往返时多次经过各个元件的表面，光能损失较大。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述在先技术的不足，提供一种激光束模式控制装置，以简化结构，提高系统稳定性和光束质量；克服使用滤波器和光栅的元件的限制，不用多路光束进行相干组合。
本实用新型的技术解决方案如下：
一种激光束模式控制装置，包括激光器，其特征是在所述的激光器的输出光束方向同光轴地置放一平凸透镜，该平凸透镜的凸面与所述的激光器的输出端面相对，该平凸透镜的平面与所述的激光器的输出端面之间的距离等于所述的平凸透镜的焦距，所述的平凸透镜的凸面镀对工作波长匹配的增透膜，该平凸透镜的平面中心处一定半径的圆面内镀对激光工作波长具有一定反射率的半透膜。
所述的半透膜对工作波长的反射率为20％～90％。保证只有低阶模式的激光束在复合腔内振荡获得高质量的激光束输出。
所述的平凸透镜的平面中心镀半透膜的面积小于由所述的激光器输出的激光束直接投射到所述的平凸透镜上的光斑面积。
所述的激光器输出的激光束投射到所述的平凸透镜上，由于半透膜的作用，只有靠近光轴中心附近的低阶模式的激光得到反射形成反馈，在激光腔和耦合腔中，也就只有低阶模式的激光形成振荡最后输出。该系统对光束的模式进行控制，输出光束的质量得到提高。
本实用新型与在先技术相比有很多明显的优点，单光束操作，结构简单，光路不复杂，便于调节，不需要在先技术中多个光学元件，也不需要对多激光束之间的相对位置和排列方式有严格的要求。本实用新型适用于多种激光器，包括固体激光器、气体激光器和光纤激光器等等。
以下结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1为本实用新型激光束模式控制装置结构示意图。
具体实施方式
先请参阅图1，图1为本实用新型激光束模式控制装置的结构示意图。由图可见，本实用新型激光束模式控制装置，由激光器1和平凸透镜2组成，该平凸透镜2与激光器1输出光束同轴放置，其特征在于所述的平凸透镜2与激光器1的距离与平凸透镜2的焦距相等；所述的平凸透镜2的凸面镀有与工作波长相匹配的增透膜22，平凸透镜2平面的中心处的一定半径的小圆面内镀具有与工作波长一定反射率的半透膜21，半透膜21对工作波长的反射率可在20％-90％之间，中心镀半透膜21的一定半径的小圆面的面积必须小于激光束直接输出投射到平凸透镜2上的光斑面积，这样，该半透膜21与激光器1的输出端面构成一耦合腔。该装置的工作原理是，激光器1的输出光束3投射到平凸透镜2上被准直，然后由于半透膜21的反射作用，使得靠近光轴中心的低阶模式4得到反射，形成反馈再次进入激光器1中，而离光轴较远的高阶模式未反馈。在激光器1和耦合腔中只有低阶模式形成振荡，最终获得高质量激光光束5输出。
下面是两个具体的实施例：
实施例1：
对一个二极管泵浦源的Nd:YVO4固体激光器实现模式控制，所用泵浦源为810nm的二极管阵列激光器，Nd:YVO4晶体长1mm，Nd:YVO4晶体的一端镀1064nm高反膜和810nm高透的双色膜作为激光器1泵浦光的输入端，另一端镀对1064nm波长激光半透膜21作为激光器的输出端，反射率为15％。我们所用的平凸透镜2的直径为30mm，焦距150mm，凸面镀1064nm的增透膜，平凸透镜平面中心处半径为0.5mm的小圆面镀对1064nm反射率为80％的半透膜21。保证只有低阶模式的激光束4在复合腔内振荡获得高质量的激光输出5。所述的中心镀半透膜21的一定半径的小圆面的面积必须小于激光器1直接输出激光束3投射到平凸透镜2上的光斑面积。将此平凸透镜2的平面距激光器输出端150mm处并与输出光束同轴设置。系统最终输出1064nm的近衍射极限的光束，光束的质量因子M2等于1.03，我们同时测量了没有采用平凸透镜进行模式控制时的激光器输出光束的质量因子M2＝1.5，由此证明采用特殊平凸透镜进行模式控制是有效的，光束质量得到提高。
实施例2：
对一个光纤激光器1实现模式控制，所用的泵浦光源是波长为975nm的二极管阵列激光器，所用的光纤是内包层为D形，内包层长短轴尺寸为450μm/400μm，内包层数值孔径NA＝0.37，掺Yb纤芯直径30μm，纤芯数值孔径NA＝0.16，光纤长度18.2m。光纤的一端放置一双色片作为激光器的泵浦光输入端，该双色片对975nm高透同时对1080nm高反射，光纤的另一端磨平具有4％的菲涅耳反射率作为激光器的输出端。我们采用的平凸透镜2的直径为30mm，焦距为30mm，凸面镀1080nm的增透膜，平面中心处分别镀半径为0.5mm，1mm和1.5mm的对1080nm的反射率为80％的半透膜。工作原理与实例1相同，我们采用平凸透镜平面处镀半径0.5mm的半透膜时，系统输出光束质量因子M2＝1.3，对应于半透膜半径为1mm和1.5mm时光束质量因子分别为M2＝1.7和M2＝2.1。但是不采用特殊平凸透镜进行模式控制，光纤激光器输出光束质量因子M2＝2.7，由此可见随着半透膜面积的减小，系统输出光束质量逐渐提高，达到模式控制的目的。如果选择合适的参数，获得单模输出是完全有可能的。
由以上实验表明，本实用新型不仅提高系统稳定性和光束质量，而且结构简单，易调整，克服了现有技术结构复杂难调整的弊病。
Claims (3)
1、一种激光束模式控制装置，它包括激光器(1)，其特征是在所述的激光器(1)的输出光束方向同光轴地置放一平凸透镜(2)，该平凸透镜(2)的凸面与所述的激光器的输出端面相对，该平凸透镜(2)的平面与所述的激光器(1)的输出端面之间的距离等于所述的平凸透镜(2)的焦距，所述的平凸透镜(2)的凸面镀对工作波长匹配的增透膜(22)，该平凸透镜(2)的平面中心处一定半径的圆面内镀对激光工作波长具有一定反射率的半透膜(21)。
2、根据权利要求1所述的激光束模式控制装置，其特征在于所述的半透膜(21)对工作波长的反射率为20％～90％。
3、根据权利要求1所述的激光束模式控制装置，其特征在于所述的平凸透镜(2)的平面中心镀半透膜(21)的面积小于由所述的激光器(1)输出的激光束直接投射到所述的平凸透镜(2)上的光斑面积。
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