[其他]闌孔非穩腔

在審

• 申請號: 101987000000271
• 申請日: 1987-01-13
• 公開（公告）號: CN87100271B
• 公開（公告）日: 1988-10-05
• 發明（設計）人: 張宗真;丘軍林;龔志偉;孫書華;唐宗化
• 申請（專利權）人: 華中工學院
• 代理公司: 華中工學院專利事務所
• 代理人: 狄唯菁;方放

一種可適用于大增益區大功率橫向激勵氣體激光器的闌孔非穩腔。該腔采用軸向出光方式，結構簡單，易于調整，結合了闌孔選模和共焦非穩腔的所有優點，在腔內實現了能充分利用增益區的基模振蕩。近場輸出實心的平面波及與其夾角很小的實心球面波，顯著改善了光束質量，且該腔為激光加工提供了距離可調的雙焦點遠場激光分布。

本發明屬于激光諧振腔領域。

大功率橫向激勵氣體激光器由于增益區截面積較大，往往采用大口徑鏡片組成的諧振腔耦合輸出，但由于其衍損耗較小，而無法抑制高階模振蕩，因此輸出光束的發散角很大，給激光加工帶來了致使弱點。

目前，通常采用的方法是光闌選模法、多折腔和非穩腔。光闌選模法因損失了大部分增益區，所以造成輸出功率大幅度下降;多折腔是利用增加有效腔長來提高衍射損耗，從而達到抑制高階模的目的，但結構復雜、難以調整，輸出功率也有較大幅度的下降;共焦非穩腔能實現腔內基模振蕩，并能充分利用增益區，但僅能輸出空心平面波，但這種光束在其遠場分布中除了中心主極大外，還存在著多階次極大，給激光加工帶來了不利因素，且因非穩腔采用的是側向輸出，所以結構復雜、難以調整。

為了解決上述不足，本發明提出了一種闌孔非穩腔，采用軸向耦合輸出方式，既能實現腔內基模振蕩，充分利用增益區，又能實現實心模輸出。由腔內的基模輸出方式，使遠場具有距離可調雙焦點。

本發明的內容包括：

由凹面全反鏡、環形全反鏡、凸面輸出鏡構成闌孔共焦非穩腔。凹面全反鏡與環形全反鏡、凸面輸出鏡位于同光軸，凸面輸出鏡的內曲率半徑R₂與外曲率半徑R₃相等。該腔內振蕩的基模輸出方式可以是輸出平面波與輸出會聚球面波，其遠場具有距離可調的雙焦點。該腔輸出方式可以采用軸向輸出，可獲得實心的光束近場。

本發明的優點在于：

1.采用光闌選模法獲得的基模或類基模的輸出功率約為相應多模穩腔的40%-45%;用多折腔所能獲得的基模或類基模的輸出功率約為相應多模穩腔的60%左右;用傳統非穩腔所能獲得的功率約為相應多模穩腔的65%左右。而闌孔非穩腔所能輸出的基模功率是多模穩腔的65%以上，遠場處的最小光斑面積則只有多模穩腔的九分之一，因而相應的功率密度提高了約5-6倍。

2.本發明具有雙焦點的遠場特點。因此，為激光加工如：打孔、切割、深焊等提供了一項新技術，且對提高切縫光潔度、提高加工速度均有好處。

3.本發明的光電效率與共焦非穩腔相當，但有更好的遠場分布及近場分布，其遠場發散角約為1.7毫弧度。而傳統穩腔輸出的激光的發散角為5.7毫弧度，因此明顯改善了光束質量。

4.本發明結構簡單，成本較低，易于調整。

附圖說明及發明實施：

圖1為一種闌孔非穩腔結構圖。

這種闌孔非穩腔是在共焦非穩腔的基礎上，用一環形全反鏡（2）將即要輸出的環狀平面波全部反射回腔內，再經腔內往返振蕩多次，再從凸面輸出鏡（3）中心透射區耦合輸出，這時光闌的等效孔徑相當于圖中的ω₀。光闌外的增益區（8）通過鏡片口徑M的選擇，可被全部利用。由于腔內激光存在兩個振蕩方向，所以腔內自左向右振蕩的平面波（6）輸出一個口徑為ω₀的實心平面波（4），腔內自右向左振蕩的平面波（7）經凹面全反鏡（1）反射后，輸出口徑為ω₀的實心會聚球面波（5），二者在遠場處的焦點不重合，從而為激光加工提供了雙焦點特點。為了避免凸面輸出鏡內反射對腔內模式的不良影響，該凸面輸出鏡（3）的內、外曲率半徑必須相等，即R₂＝R₃。

圖2（a）為闌孔非穩腔輸出的近場圖。

實驗表明它是均勻蜂窩狀的光強分布，與傳統的各類諧振腔不同。

圖2（b）為闌孔非穩腔的光束遠場分布圖。

其中兩種波的遠場相互疊加，圖中△為雙焦點距離。