[實(shí)用新型]不失調(diào)激光諧振腔

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200620157568.5
• 申請(qǐng)日: 2006-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN200976451Y
• 公開（公告）日: 2007-11-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐霞輝;秦應(yīng)雄;武建強(qiáng);鐘如濤;柳娟;彭浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01S3/08
• 分類號(hào): H01S3/08
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 朱仁玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及激光諧振腔。

背景技術(shù)

在激光應(yīng)用的許多場(chǎng)合中，例如激光檢測(cè)、激光測(cè)量、激光打孔、焊接、切割等微精密加工、激光醫(yī)療、原子冷卻、捕獲等尖端物理研究中，都希望激光器最好能工作在發(fā)散角最小的基模狀態(tài)。為了提高激光光束質(zhì)量，傳統(tǒng)選模技術(shù)可以使激光器輸出的光束質(zhì)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。

常用的激光諧振腔有穩(wěn)定腔、非穩(wěn)腔和臨界腔三種。

穩(wěn)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(shù)不太小，衍射損耗通常也小到可以忽略，因此在絕大多數(shù)中、小功率器件都采用穩(wěn)定腔。當(dāng)我們要求激光器高功率基模運(yùn)行時(shí)，由于穩(wěn)定腔的基模模體積太小，且與諧振腔鏡面尺寸無(wú)關(guān)。這就意味著增大激活介質(zhì)的橫向尺寸或增大諧振腔鏡面尺寸無(wú)助于基模激光光束輸出功率的提高，反而容易導(dǎo)致激光器的多橫模運(yùn)轉(zhuǎn)，降低輸出光束的質(zhì)量。

與一般穩(wěn)定球面腔相比，非穩(wěn)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(duì)工作物質(zhì)動(dòng)態(tài)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(tǒng)，可獲得發(fā)散角相當(dāng)小的高亮度輸出光束。非穩(wěn)腔的損耗主要是傍軸光線的發(fā)散損耗，單程的損耗很大，可達(dá)百分之幾十。為獲得高功率輸出，工作物質(zhì)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(cè)面逸出輸出耦合，故輸出為中心空的環(huán)狀光束。這種腔調(diào)整要求高，且不能用于低增益的或細(xì)口徑的各類激光器系統(tǒng)中。

平行平面腔是臨界腔中最廣泛應(yīng)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(yōu)點(diǎn)是：光束方向性極好(發(fā)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(diǎn)是：調(diào)整精度要求極高且容易失調(diào)，與穩(wěn)定腔相比，損耗也較大，對(duì)小增益器件不大適用。

申請(qǐng)?zhí)?9816848.3公開了一種《諧振腔含有陀螺形圓錐棱鏡的激光器》；申請(qǐng)?zhí)?00420017131.2公開了一種《直角內(nèi)圓錐面反射鏡激光諧振腔》。這兩項(xiàng)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(nèi)圓錐面全反鏡取代，利用直角圓錐棱鏡和直角內(nèi)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(nèi)圓錐面全反鏡諧振腔，可以大大降低腔的調(diào)整要求。同時(shí)，這些諧振腔除了具有平行平面腔的大模體積，小發(fā)散角的特點(diǎn)外，還具有高穩(wěn)定性。但是這兩類諧振腔的缺點(diǎn)是：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；不能輸出光場(chǎng)中心與周圍功率密度分布進(jìn)行調(diào)節(jié)；也不能實(shí)現(xiàn)帶有中心光斑的特殊環(huán)行空心光斑的激光輸出，滿足某些特殊的激光應(yīng)用要求；直角圓錐棱鏡腔熱穩(wěn)定性低，某些激光波段的棱鏡需要特殊的光學(xué)晶體制造，價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提出一種不失調(diào)激光諧振腔。該激光諧振腔可以消除增益介質(zhì)不均勻分布的影響；壓縮輸出激光光斑的面積，從而提高輸出光斑的功率密度；可以對(duì)輸出光場(chǎng)中心與周圍功率密度分布進(jìn)行調(diào)節(jié)；也能實(shí)現(xiàn)帶有中心光斑的特殊環(huán)行空心光斑的激光輸出，滿足某些特殊的激光應(yīng)用要求；另外，加工方便，熱穩(wěn)定性好，價(jià)格低廉。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，一種不失調(diào)激光諧振腔，包括全反鏡、輸出鏡及激光工作介質(zhì)，全反鏡由中心直角圓錐的內(nèi)側(cè)面、中間環(huán)形的第一直角圓臺(tái)的外側(cè)面和邊緣環(huán)形的第二直角圓臺(tái)的內(nèi)側(cè)面反向相接而成，直角圓錐、第一直角圓臺(tái)和第二直角圓臺(tái)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸同軸，直角圓錐的內(nèi)側(cè)面、第一直角圓臺(tái)的外側(cè)面和第二直角圓臺(tái)的內(nèi)側(cè)面均為高反射面，相互之間的尺寸關(guān)系為Φb-Φd＝Φd-Φa，其中Φa為中心直角圓錐的內(nèi)側(cè)面與第一直角圓臺(tái)的外側(cè)面相接圓的直徑，Φd為第一直角圓臺(tái)的外側(cè)面和第二直角圓臺(tái)的內(nèi)側(cè)面相接圓的直徑，Φb為全反鏡的底面直徑。

本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本實(shí)用新型在充分利用增益介質(zhì)，實(shí)現(xiàn)大模體積激光輸出的情況下，可以壓縮輸出激光光斑的面積，從而提高輸出光斑的功率密度，可以對(duì)輸出光場(chǎng)中心與周圍功率密度分布進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)較為均勻的激光光場(chǎng)輸出；可以獲得發(fā)散角非常小，光束質(zhì)量非常好的激光輸出。

(2)本實(shí)用新型利用其逆向反射特性，可以消除增益介質(zhì)不均勻分布的影響，對(duì)固體激光棒在激勵(lì)下的不均勻性、氣體激光器中氣體不均勻性、放電不均勻性等導(dǎo)致的增益不均勻性起到光學(xué)補(bǔ)償作用，降低激光諧振腔鏡子的熱畸變。

(3)本實(shí)用新型沒(méi)有折射現(xiàn)象，提高了光場(chǎng)分布的均勻性。