[發明專利]一種非穩腔激光器環形光束的中心部分重構方法及裝置

無效

• 申請號: 201010111202.5
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101806958A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發明（設計）人: 王英;羅曦;陳培鋒
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于高功率激光器光束整形技術領域，特別涉及一種基于腔外光束整形技術的非穩腔激光器輸出環形光束的中心部分重構方法及裝置。

背景技術

具有高光束質量的高功率激光器在工業和軍事應用領域都有非常重要的應用前景！對于高功率激光器而言，如何獲得盡可能大的模體積和良好的橫模鑒別能力，以實現高功率單模運轉，從而既能從激活介質中高效率的提取能量，又能保持高光束質量的激光輸出是至關重要的！為了獲得高功率的激光輸出，往往需要采用大體積與大橫向尺寸的激活介質，以保證腔內光學元件不受激光損傷的前提下，實現高功率的激光輸出。

穩定腔只能在光軸中心附近區域獲得運轉在基模(TEM₀₀模)的近衍射極限的高斯光束，其模體積有限，并不適合于高功率激光器。

對具有大體積與大橫向尺寸激活介質的激光器，國內外一般采用非穩腔技術獲得單橫模輸出。但是常規非穩腔激光器的耦合輸出為環形光斑結構，將這種環形空心光束聚焦后，其焦斑中心處的功率密度將比具有相同功率和光斑尺寸的實心光束低許多；同樣地，該環形空心光束的遠場發散角也將遠高于衍射極限，最終限制了它的應用。

為了消除常規非穩腔激光器輸出環形光束的中央暗斑，人們提出了許多不同的方法，以期實現從大體積激活介質中提取接近衍射極限的高能激光束。最具代表性的當屬變反射率鏡(常見的包括高斯型、超高斯型、拋物線型等)非穩腔與90°束旋轉環形非穩腔(Unstable?Resonator?with?90°Beam?Rotation)。

采用變反射率鏡作為輸出耦合鏡的非穩腔，在理論上可以達到近衍射極限的高能激光束輸出。但對高功率激光器而言，制作高損傷閾值的變反射率介質薄膜是非常困難的；并且不同的介質薄膜厚度也會引起輸出光束的相位畸變，因此變反射率輸出耦合鏡在實際應用上具有一定的局限性。

美國空軍武器實驗室A.H.Paxton等人在《Applied?Optics》1986年第25卷第17期《Unstable?resonators?with?90°beam?rotation》一文中提出了一種90°束旋轉環形非穩腔，該腔由于利用了光束旋轉技術能夠對激活介質的不均勻性以及鏡面的象差進行平均化，從而獲得高光束質量的矩形全斑激光束輸出。但由于該腔的輸出耦合鏡為刀口，輸出光束為實心矩形，在強紅外激光傳輸中，只能采用斜軸形反射望遠鏡發射；而斜軸反射望遠鏡的設計難度大，造價昂貴。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于腔外光束整形技術的非穩腔激光器輸出環形光束的中心部分重構方法及裝置。其基本原理如下：非穩腔激光器輸出的環形空心光束經內圓臺面環形反射鏡導向后，逐漸向激光器的光軸位置集中；利用與所述內圓臺面環形反射鏡具有相同軸截面頂角的外圓錐面反射鏡對集中于激光器光軸附近的光束進行重新導向，以獲得沿光軸方向傳輸的整形光束輸出；通過對內圓臺面環形反射鏡與外圓錐面反射鏡沿光軸方向的相對位置進行精密調節，實現沿光軸方向傳輸的圓形實心整形光束輸出。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種非穩腔激光器輸出環形光束的中心部分重構方法，包括如下步驟：

A.利用內圓臺面環形反射鏡對非穩腔激光器輸出的環形空心光束進行導向，使之逐漸向激光器的光軸位置集中；

B.利用外圓錐面反射鏡對上述集中于激光器光軸附近的光束進行重新導向，獲得沿光軸方向傳輸的整形光束輸出；

C.對內圓臺面環形反射鏡與外圓錐面反射鏡沿光軸方向的相對位置進行精密調節，獲得沿光軸方向傳輸的圓形實心整形光束輸出。

本發明所述的內圓臺面環形反射鏡和外圓錐面反射鏡的旋轉對稱軸均與所述非穩腔激光器的光軸同軸。

本發明所述的內圓臺面環形反射鏡與外圓錐面反射鏡具有相同的軸截面頂角。

本發明所述的軸截面頂角可為銳角、直角或鈍角。

本發明所述的內圓臺面環形反射鏡與外圓錐面反射鏡均具有精密位移機構，步驟C中所述的精密調節通過調節上述精密位移機構來實現。

一種實現上述環形光束的中心部分重構方法的裝置，包括非穩腔激光器、內圓臺面環形反射鏡、外圓錐面反射鏡、內圓臺面環形反射鏡精密位移機構以及外圓錐面反射鏡精密位移機構。

本發明所述的內圓臺面環形反射鏡與外圓錐面反射鏡具有相同的軸截面頂角。

本發明所述的軸截面頂角可為銳角、直角或鈍角。

本發明所述的內圓臺面環形反射鏡的后部開有第一環形冷卻水槽，帶有進水口和出水口的環形水槽蓋板與所述內圓臺面環形反射鏡的底部采用焊接方式密封連接。