[實用新型]高功率激光諧振腔

無效

• 申請號: 200620157567.0
• 申請日: 2006-11-24
• 公開（公告）號: CN200976450Y
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發明（設計）人: 程祖海;唐霞輝;秦應雄
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本實用新型涉及激光諧振腔。

背景技術

在激光應用的許多場合中，例如激光打孔、焊接、切割以及激光醫療等微精密加工中，都希望激光器最好能工作在發散角最小的基模狀態。為了提高激光光束質量，傳統選模技術(如使用孔徑光闌)可以使激光器輸出的光束質量提高，但使用孔徑光闌在很大程度上限制了模體積，增加了模損耗。

在高功率激光器件設計中出現的主要問題是，如何獲得盡可能大的模體積和好的橫模鑒別能力，以實現高功率單模運轉，從而既能從激活物質中高效率地提取能量，又能保持高的光束質量。

常用的激光諧振腔有穩定腔、非穩腔和臨界腔三種。

穩定腔的損耗很低，傍軸光線的幾何偏折損耗均為零，而且只要腔的菲涅爾數不太小，衍射損耗通常也小到可以忽略，因此在絕大多數中、小功率器件都采用穩定腔。當我們要求激光器高功率基模運行時，由于穩定腔的基模模體積太小，且與諧振腔鏡面尺寸無關。這就意味著增大激活介質的橫向尺寸或增大諧振腔鏡面尺寸無助于基模激光光束輸出功率的提高，反而容易導致激光器的多橫模運轉，降低輸出光束的質量。

與一般穩定球面腔相比，非穩腔的波形限制能力顯著提高；此外，由于振蕩波形為球面波，對工作物質動態折射率畸變等影響比較不敏感，因此用于高增益激光器系統，可獲得發散角相當小的高亮度輸出光束。非穩腔的損耗主要是傍軸光線的發散損耗，單程的損耗很大，可達百分之幾十。為獲得高功率輸出，工作物質的橫向尺寸往往較大，因此衍射損耗可以忽略。由于腔的損耗較大，通常需采用側面逸出輸出耦合，故輸出為中心空的環狀光束。這種腔調整要求高，且不能用于低增益的或細口徑的各類激光器系統中。

平行平面腔是臨界腔中最廣泛應用的一種腔型，它由一平面全反鏡和一平面半透半反鏡組成。平行平面腔的主要優點是：光束方向性極好(發散角小)，模體積較大，比較容易獲得單模振蕩。平行平面腔的主要缺點是：調整精度要求極高且容易失調，與穩定腔相比，損耗也較大，對小增益器件不大適用。

申請號99816848.3公開了一種《諧振腔含有陀螺形圓錐棱鏡的激光器》；申請號200420017131.2公開了一種《直角內圓錐面反射鏡激光諧振腔》。這兩項專利提出的諧振腔是將平行平面腔的全反鏡用直角圓錐棱鏡和直角內圓錐面全反鏡取代，利用直角圓錐棱鏡和直角內圓錐面全反鏡的逆向反射特性組成的直角圓錐棱鏡諧振腔和直角內圓錐面全反鏡諧振腔，可以大大降低腔的調整要求。同時，這些諧振腔除了具有平行平面腔的大模體積，小發散角的特點外，還具有高穩定性。但是這兩類諧振腔的缺點是：不能消除增益介質中心與邊緣不均勻分布的影響；不能壓縮輸出激光光斑的面積，從而提高輸出光斑的功率密度，也不能實現環行空心光斑的激光輸出；直角圓錐棱鏡腔熱穩定性低，某些激光波段的棱鏡需要特殊的光學晶體制造，價格昂貴。

發明內容

本實用新型的目的在于克服上述現有技術的不足之處，提出了一種高功率激光諧振腔。該激光諧振腔可以消除增益介質中心與邊緣不均勻分布的影響，發散角小，光束質量好；可以壓縮輸出激光的光斑面積，提高輸出激光光斑的功率密度。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是，一種高功率激光諧振腔包括全反鏡、輸出鏡及激光工作介質，全反鏡由第一直角圓臺的內側面和反向的直角圓錐的外側面組成，第一直角圓臺和直角圓錐的旋轉對稱軸同軸，第一直角圓臺的內側面和直角圓錐的外側面均為高反射面，相互之間的尺寸關系為Φb＝3Φa，f＝2e，其中Φa為直角圓錐的外側面與第一直角圓臺的內側面相接圓的直徑，Φb為全反鏡的底面直徑，e為直角圓錐的高度，f為第一直角圓臺的高度；輸出鏡為分體輸出鏡，由圓形平面半透半反鏡和邊緣的同心環狀的全反鏡組成，同心環狀的全反鏡由第二直角圓臺的內側面和反向的第三直角圓臺的外側面組成，二個直角圓臺的旋轉對稱軸同軸，第二直角圓臺的內側面和第三直角圓臺的外側面均為高反射面，圓形平面半透半反鏡和同心環狀的全反鏡的旋轉對稱軸同軸，相互之間的尺寸關系為Φc＝Φa，Φd＝Φb，Φd-Φg＝Φg-Φc，Φc為圓形平面半透半反鏡的直徑，Φd為輸出鏡的底面直徑，Φg為第三直角圓臺的外側面與第二直角圓臺的內側面相接圓的直徑。

本實用新型與現有技術相比具有以下優點：

(1)本實用新型在充分利用增益介質，實現大模體積激光輸出的情況下，等效的將腔長成倍的增長，同時壓縮了輸出光斑的面積，可以獲得發散角非常小，功率密度非常高，光束質量非常好的高功率激光輸出。