[實用新型]一種輸出空心激光光束的裝置

有效

• 申請號: 201320690664.6
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN203536721U
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）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）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01S3/139
• 分類號: H01S3/139;H01S3/0941;H01S3/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本實用新型屬于激光領域，具體涉及一種輸出空心激光光束的裝置。?

背景技術

長期以來，實心激光光束在傳統激光行業如切割、熔覆、焊接和打標等上有著廣泛的應用。但是近年來，由于應用技術的促進，各種中心強度為零的激光束——空心激光光束相繼產生，并正在形成一個新穎的所謂空心光束（也稱暗中空光束）的大家族?？招墓馐鳛榧す鈱Ч?、光學鑷子（光鉗）和光學扳手，在微觀粒子（如微米粒子、納米粒子、自由電子、生物細胞和原子或分子等）的精確、無接觸操縱和控制中有著廣泛的應用。?

由于空心光束的產生，反過來也促進了很多傳統激光應用領域反思光束形式的進一步優化。例如最近甚至發現對于激光沖擊成形這樣的傳統激光加工領域，空心光束也具有一定的優勢。這種空心光束除了具有激光頻率、激光功率和光束發散角等激光束的一般參數外，還具有暗斑尺寸、光束寬度、光束半徑和寬度半徑比等一些特殊的參數。各類空心光束都有其獨特的物理性質，如強度呈圓筒形分布、很小的暗斑尺寸、無加熱效應、傳播不變性以及具有自旋與軌道角動量等，這些性質使得空心光束在激光光學、光信息處理、微粒波導、同位素分離、微電子學和材料科學、生物技術、醫學以及原子學、分子學等領域中有著廣泛的應用前景。?

目前為止，現有技術中存在多種產生空心激光光束的方法，如幾何光學法、中空光纖法、π位相板法、光學全息法和計算機全息法等。其中，幾何光學法、中空光纖法和π位相板法獲得空心光束，優點是結構簡單、便于實現，但轉換效率低、輸出空心光束的純度不高和較低的光束質量的缺點也很明顯；而計算機全息法和光學全息法獲得空心光束，雖然輸出空心光束的純度高、光束質量好，但成本較高，制作難度很大。?

中國專利文獻201210049178.6中公開了一種采用端面泵浦，將泵浦光焦點耦合到激光增益介質內部或者外部，來得到空心激光光束的方法。該方法得到的?空心光束的光斑是由很多小的旁瓣組成的，這種非連續的環狀空心光束在實際應用過程中會有一定的限制，譬如在受激損耗顯微術中，由于旁瓣的存在，空心光束對激發光的熒光抑制作用就不是那么明顯，導致零星的雜質熒光的產生，降低了受激損耗顯微術的分辨率。?

實用新型內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本實用新型提供一種輸出空心激光光束的裝置，其目的在于利用環形泵浦光，通過軸向端面泵浦，在增益介質中形成中空形式的增益區，直接獲得空心激光束的輸出，通過對環形泵浦光的環狀光斑大小精確的控制，實現對激光模式的控制，解決了空心光束中心并非完全無光的問題，同時通過相位控制，解決了空心光束空心環不連續的問題。?

按照本實用新型的一個方面，提供一種輸出空心光束的裝置，用于實現將實心泵浦光變換為連續的空心泵浦光束，其特征在于，該裝置包括：?

整形系統，其設置在輸入的實心光束后，用于將該實心光束整形為空心光束；?

泵浦光耦合系統，其沿光路設置在所述整形系統后，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，其沿光路設置在所述耦合系統后，所述合適直徑大小的空心光束從該激光諧振腔的一端面耦合進入諧振腔，對激光器增益介質進行泵浦，通過相位控制使得所述諧振腔中的增益介質吸收泵浦光產生連續的空心激光輸出。?

作為本實用新型的改進，所述整形系統由外圓錐面反射鏡和與之同軸放置的具有相同頂角的環形中空內圓錐面反射鏡構成，即外圓錐面反射鏡的發射面與環形中空內圓錐面反射鏡的反射面平行，入射光光軸與外圓錐面反射鏡和環形中空內圓錐面反射鏡的旋轉對稱軸重合，光束從外圓錐面反射鏡處入射，反射光為以光軸為中心的發散環形光束，其經環形中空內圓錐面反射鏡反射后，以與最初進入整形系統的入射光束平行的方式出射，即為與光軸平行的空心光束。?

作為本實用新型的改進，所述整形系統由內圓錐面反射鏡和與之相對放置的具有相同頂角的外圓錐面反射鏡構成，該內圓錐面反射鏡旋轉對稱軸與入射光束光軸成135°夾角，外圓錐面反射鏡的旋轉對稱軸與內圓錐面反射鏡旋轉對稱軸平行，內圓錐面反射鏡與外圓錐面反射鏡頂點連線與入射光束光軸垂直。?

作為本實用新型的改進，所述整形系統由內圓錐面透鏡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構成，兩透鏡均是一側為平面，一側為圓錐面的鏡體結構，其中圓錐面的旋轉對稱軸與平面垂直，且與入射光束的光軸同軸。?

作為本實用新型的改進，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行耦合、由自聚焦透鏡進行耦合或通過光纖耦合實現。?