[發明專利]一種產生任意形狀光斑的激光振蕩器

有效

• 申請號: 202110097932.2
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112928587B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 張笑琪;張海青;朱健強;張艷麗;張昆鵬;張國文
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/081
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

本發明提供一種激光振蕩器，采用成像系統作為諧振腔，結合異形增益介質，產生與激光增益介質形似的任意形狀激光光斑，同時具有釋放熱應力、改善激光波前，以及避免鬼像等作用。成像系統的諧振腔可以減少高階模的衍射損耗(高頻空間信息損耗)，使得高階模可以與低階模無差別的在腔內形成振蕩，這點與傳統激光器只有低階橫模可以振蕩截然不同，因此可以根據增益介質的形狀產生的任意與增益介質形狀相似的激光光斑。這種任意光斑形狀的激光可以用于特殊激光加工或者激光醫療領域等。

技術領域

本發明涉及激光領域，尤其涉及一種產生任意形狀光斑的激光振蕩器。

背景技術

目前任意形狀的光斑激光器一般是由端鏡鍍膜或者腔內/腔外插入二元光學元件產生的，這兩種途徑都會影響激光效率，且隨著激光能量密度的提高，增益介質的熱效會非常明顯，例如波前畸變、熱應力，導致激光光束質量下降、甚至出現應力裂紋。

發明內容

本發明基于上述傳統的產生任意形狀激光光斑的激光器的缺點，提出了一種產生任意形狀光斑的激光振蕩器，采用成像結構的激光諧振腔和異形增益介質。傳統激光器由于嚴重的衍射損耗，導致只有低階橫模才能產生振蕩，而低階橫模的位置更集中在增益介質的中間位置，因此傳統的激光器不論是激光振蕩器還是激光放大器，激光增益介質都不可能開孔或者異形結構。

本發明具體技術解決方案如下：

一種產生任意形狀光斑的激光諧振腔，包括成像結構的激光諧振腔和異形增益介質和泵浦源組成，所述的增益介質為異形增益介質，利用異形增益介質的特殊的形狀或者摻雜分布，結合成像激光諧振腔，產生與所述的異形激光增益介質形似的任意激光光斑。

所述的成像結構諧振腔是平平腔或者帶有透鏡或者其他二元光學元件的成像系統。一般由物面、像面和頻譜面組成(4F系統)，但也可以由物面和頻譜面組成(半/多4F系統)或者由物面和像面組成(平平腔)。這幾種結構的成像系統，平平腔的高階模和低階模的損耗差異比較大，而4F系統由于透鏡的引入，使得高階模和低階模的損耗差異縮小，各模式之間輸出功率占比幾乎相同。

所述的異形增益介質用于激光光子產生；是帶孔結構的圓柱體或者長方體，或者其他多面體及其他形狀。孔可以是各種形狀，大小也可以為任意尺寸。

所述的異形增益介質，可以是任意的能產生激光的介質，包括是單晶增益介質，激光陶瓷增益介質、激光玻璃增益介質等。

所述的異形增益介質，可以是復合結構或者是帶孔的復合結構。復合結構是指激光增益介質中激光摻雜離子可以是有一定分布的，例如激光增益介質中間部分不摻雜激光離子，外圍摻雜；再例如激光增益介質兩端的端帽是不摻雜激光離子，等等。

所述的泵浦源，用于對激光增益介質進行激勵，可以采用側面泵浦或者端面泵浦的方式。

所述的激光振蕩器，其內光學元件鍍膜可以根據實際情況進行選擇，例如異形增益介質，更優的可以雙端鍍對激光有增透作用的激光膜，若選擇端面泵浦結構則還可以選擇鍍對泵浦光也是高透的激光膜。激光反射鏡上的鍍膜可以是全鍍反射膜，也可以根據增益介質形狀進行局部鍍膜

所述的激光振蕩器，還包括電光開關、波片、起偏器等元件，用于調Q輸出。

所述的成像結構的諧振腔，可以在頻譜面調整腔內截止頻率。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

1)使用成像結構的諧振腔，成像系統的截止頻率越高，所能容納的高階模越多，高階模與低階模的損耗由成像腔的結構決定，這樣的成像諧振腔結構甚至允許高階模的損耗小于低階模的損耗，從而使得異形激光增益介質得以使用，并產生與異形增益介質形狀結構高度相似的光斑形狀。