[發(fā)明專利]一種輸出空心激光光束的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310537739.1
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103594918A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳培鋒;王英;胡阿健;夏兵兵;李姝妺;譚望;張志鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01S3/139
• 分類號: H01S3/139;H01S3/0941;H01S3/14
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

1.一種輸出空心光束的方法，通過將實(shí)心泵浦光整形為空心泵浦光后，再利用耦合系統(tǒng)將泵浦光耦合進(jìn)入激光諧振腔，以軸向端面泵浦的方式，在增益介質(zhì)中形成中空形式的增益區(qū)，通過激光振蕩，實(shí)現(xiàn)空心激光光束的直接輸出，具體步驟如下：

(1)激光器產(chǎn)生的實(shí)心光束，經(jīng)整形系統(tǒng)整形為中空的環(huán)形泵浦光；

(2)該中空的環(huán)形泵浦光，沿光軸入射到耦合系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)將所述環(huán)形泵浦光變換成合適直徑大小的空心光束；

(3)該空心光束從激光諧振腔的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對激光器增益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過相位控制使得所述諧振腔中的增益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出空心光束的方法，其特征在于，所述連續(xù)的空心激光通過連續(xù)改變?nèi)肷涔馐南辔唬沟弥C振腔內(nèi)只有一種相位模式能夠持續(xù)振蕩而實(shí)現(xiàn)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸出空心光束的方法，其特征在于，所述入射光束相位的連續(xù)改變通過一設(shè)置在諧振腔中的螺旋相位板實(shí)現(xiàn)，該螺旋相位板為光學(xué)厚度與旋轉(zhuǎn)方位角成正比的相位衍射光學(xué)元件。

4.一種輸出空心光束的裝置，用于實(shí)現(xiàn)將實(shí)心泵浦光變換為連續(xù)的空心泵浦光束，其特征在于，該裝置包括：

整形系統(tǒng)（2），其設(shè)置在輸入的實(shí)心光束后，用于將該實(shí)心光束整形為空心光束；

泵浦光耦合系統(tǒng)（3），其沿光路設(shè)置在所述整形系統(tǒng)（2）后，用于將所述空心光束變換成合適直徑大小的空心光束；

激光諧振腔（4），其沿光路設(shè)置在所述耦合系統(tǒng)（3）后，所述合適直徑大小的空心光束從該激光諧振腔（4）的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對激光器增益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過相位控制使得所述諧振腔中的增益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述整形系統(tǒng)（2）由外圓錐面反射鏡（201）和與之同軸放置的具有相同頂角的環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡（202）構(gòu)成，即外圓錐面反射鏡（201）的發(fā)射面與環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡（202）的反射面平行，入射光光軸與外圓錐面反射鏡（201）和環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡（202）的旋轉(zhuǎn)對稱軸重合，光束從外圓錐面反射鏡（201）處入射，反射光為以光軸為中心的發(fā)散環(huán)形光束，其經(jīng)環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡（202）反射后，以與最初進(jìn)入整形系統(tǒng)的入射光束平行的方式出射，即為與光軸平行的空心光束。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述整形系統(tǒng)（2’）由內(nèi)圓錐面反射鏡（203）和與之相對放置的具有相同頂角的外圓錐面反射鏡（204）構(gòu)成，該內(nèi)圓錐面反射鏡（203）旋轉(zhuǎn)對稱軸與入射光束光軸成135°夾角，外圓錐面反射鏡（204）的旋轉(zhuǎn)對稱軸與內(nèi)圓錐面反射鏡（203）旋轉(zhuǎn)對稱軸平行，內(nèi)圓錐面反射鏡（203）與外圓錐面反射鏡（204）頂點(diǎn)連線與入射光束光軸垂直。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述整形系統(tǒng)2’’由內(nèi)圓錐面透鏡（205）和與之同軸放置的具有相同頂角、相同折射率的外圓錐面透鏡（206）構(gòu)成，兩透鏡均是一側(cè)為平面，一側(cè)為圓錐面的鏡體結(jié)構(gòu)，其中圓錐面的旋轉(zhuǎn)對稱軸與平面垂直，且與入射光束的光軸同軸。

8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述端面泵浦耦合通過球面透鏡組合或者柱面透鏡組合進(jìn)行耦合、由自聚焦透鏡進(jìn)行耦合或通過光纖耦合實(shí)現(xiàn)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述激光諧振腔（4）包括沿光軸依次設(shè)置的鏡片（401）、螺旋相位板（402）、增益介質(zhì)（403）、焦距均為f的兩柱面鏡（404、406）構(gòu)成的柱面鏡系統(tǒng)以及設(shè)在兩柱面鏡（404、406）之間與兩柱面鏡的距離均為f的鏡片（405），光束從所述鏡片（401）入射，在該鏡片（401）和鏡片（405）之間來回振蕩，其中所述光束每通過一次螺旋相位板（403），相位因子就會增加使得只輸出單一相位模式的單一高階光束，從而形成連續(xù)的空心光束。

10.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述增益介質(zhì)（403）為YAG棒。