[其他]基模自放大熱穩YAG激光器

無效

• 申請號: 85202926
• 申請日: 1985-07-13
• 公開（公告）號: CN85202926U
• 公開（公告）日: 1986-06-04
• 發明（設計）人: 張清理;于寶江;楊晉萍;顧澤倉;張光寅
• 申請（專利權）人: 天津市激光技術研究所
• 主分類號: H01S3/16
• 分類號: H01S3/16;H01S3/08
• 代理公司: 天津市專利事務所
• 代理人: 潘冠雄

本實用新型屬于固體激光器的改進。

激光輻射的能量、模式和輸出光束的穩定性是中小功率固體激光器的三項主要指標，在許多應用場合，對激光器的輸出光束的基本要求是能量大、模式好、穩定性高。例如，在激光全息照相應用中，為了保證得到清晰的干涉條紋，要求光強分布比較均勻，因此希望激光輸出光束為基模，因為高階橫模的光強分布是不均勻的；在激光打孔、焊接、切割、光刻等微型精密加工應用中，為了保證產品的精度，希望激光束具有高度聚焦和高度穩定的性能，也即希望激光器工作在發散角為最小的基模狀態，并且對激光腔內各種擾動不敏感；而在激光測距、通訊、雷達及跟蹤等遠距離應用場合，則既要求輸出光束的發散角小(作用距離與發散角的平方根成反比)，又要求輸出光束有足夠的強度。但是，激光輸出的能量、模式和輸出光束的穩定性這三者之間往往是互相矛盾、彼此制約的。在一般情況下，要想獲得穩定的基模輸出，就不得不以降低輸出能量作為代價。為解決這一矛盾，國內外同行從諧振腔入手進行了大量的研究，并且取得了不少有益的成果。例如，采用非穩腔結構可以獲得大的模體積和接近于衍射極限的輸出光束；在穩定控內加望遠鏡耦合輸出，也獲得了單脈沖能量接近200MJ的高水平輸出。但是所有這些研究工作在激光輸出的穩定性方面都沒有明顯的改進，激光輸出的不穩定度一般都在10％左右。

衍射理論的分析表明，在通常的中小功率固體激光器中，由于存在著不可避免的激光棒熱透鏡效應，使得接近于衍射極限的基模光束的直到小到只有1mm左右。因此，振蕩光束只利用了工作物質的極小一部分，而貯存于激光棒中的大部分能量則未被利用，這就是通常的中小功率固體激光器為獲得穩定的基模輸出而不得不以低效率工作的根本原因。1977年，法國人吉爾·布拉薩特、喬治·布雷特和米歇爾·馬托曾提出了一種采用自放大原理的高效率Q開關激光器，在不降低光束質量的情況下獲得了短脈沖放大輸出束。所謂自放大，即是利用選模振蕩輸出信號作為種子脈沖，通過處于粒子數反轉狀態但并未發生振蕩的那部分工作物質所產生的光放大。法國人所發明的高效率激光器雖然提高了Q開關固體激光器的輸出能量，但是這種結構不便于推廣到自由振蕩下的固體激光器，因而限制了如激光打印、焊接、切割、光刻等精密加工及激光全息照相、高速攝影等多種工業用途(參見法國專利，證書申請號7729757)。

本實用新型的目的是設計出一種在自由振蕩情況下具有基模自放大功能和熱穩定性能的固體激光器，從而使激光輸出同時兼有能量大、模式好、輸出穩定的特點。

本實用新型的結構示意圖如附圖所示。本激光器的皆振腔不同于一般激光器的直線形諧振腔，它是由凹面全反鏡1、光欄2、偏振片8、偏振片6和平面輸出鏡5所組成的折線形平凹腔，激光棒7置于腔內偏振片8與偏振片6之間。為了保證皆振腔輸出光束的光模特性與功率特性保持相對穩定，諧振腔的結構尺寸，即由凹面金反鏡l經光欄2和偏振片8至激光棒7的中心(熱透鏡)的距離L，和由激光棒7的中心經偏振片6至平面輸出鏡5的距離L₂均根據模象理論的熱穩定性判據來選擇并采用變換園圖解法米確定(參見《復雜光學諧振腔的圖解分析方法》，《激光雜志》1979年10月，張光寅)，本激光器中當凹面全反鏡1的曲率為一2M時，L₁和L₂分別為．0.96M和0.2M。凹面全反鏡1為硬膜全反鏡，其反射率不小于99.5％；平面輸出鏡5的反射率根據輸出能量的最佳匹配條件來決定，本激光器中為3O％。偏振片8和偏振片6為介質膜偏振片，其s分量的反射率不小于99.5％，P分量的透過率不小于95％，消光比大于1000，在光路中成布斯特角(56.5°)放置。

由于基模輸出光束具有最小的光束直徑，而其他高階橫模的光束直徑則依次變大，故只需在諧振腔中插入一個適當大小的小孔光欄，便可抑制高階橫模獲得基模輸出，本買用新型中即采用這種簡單的光欄選模法。光欄2盡可能靠近凹面反射鏡l放置，光欄孔徑的大小按恰好出基模來選擇，本激光器中光欄孔徑＝1.8mm。