一种折叠腔及激光器制造技术

本发明专利技术适用于激光技术领域，提供了一种折叠腔，包括第一端镜和第二端镜，在第一端镜和第二端镜之间设有至少一个像散补偿单元，像散补偿单元包括以布儒斯特角放置的激光工作物质及位于布儒斯特面两侧的第一曲面镜和第二曲面镜；第一、第二曲面镜与各自相对的布儒斯特面之间的轴上距离为：高斯光束入射第一曲面镜和第二曲面镜的入射角满足：第一端镜和第二端镜位于束腰位置或者距离束腰Lj+位置，fj+为第一端镜或第二端镜的焦距，本发明专利技术提供的折叠腔可补偿三臂像散，进而提升激光器的性能，该折叠腔的设计方案对激光器性能的改进具有较大意义。

【技术实现步骤摘要】
一种折叠腔及激光器
本专利技术属于激光
，特别涉及一种折叠腔及激光器。
技术介绍
谐振腔是固态激光器的重要组成部分。激光器的模式特性、光束质量、稳定性和输出功率等在很大程度上取决于激光谐振腔设计。因此，谐振腔是激光器的核心，谐振腔设计是当前激光器研究的热点与难点之一。一般地，激光器谐振腔的腔型广泛采用折叠腔。因为它能够实现腔内多个位置聚焦，减小色散以及激光器的体积。在折叠腔中，光束斜入射到曲面镜，将产生像散，像散将严重降低激光器的性能，导致激光输出的横模光斑光束质量变差等。因此，设计激光器谐振腔时，如何补偿像散是一项重要的工作。现有技术存在几种像散补偿的方法。其中一种是在紧聚焦情况下，对折叠腔的其中一个端臂进行像散补偿，利用像散补偿的解析式可以进行像散补偿，但是这个解析表达式是一个近似表达式，不能够完全补偿像散，只能应用于紧聚焦腔型的折叠腔，对很多腔型不适用，而且只能对折叠腔的一个端臂进行补偿。另一种方法是利用ABCD定律的数值计算方法、传播变换圆法来对折叠腔的像散进行补偿，但是利用这些方法也都只是对折叠腔的一个端臂进行补偿。另外，基于ABCD定律的数值计算方法也用来对称三角环形腔的一个臂，对称矩形环形腔的两个臂，和对称入射非平面折叠腔进行像散补偿，但是这些补偿只是针对一些特殊的腔型进行补偿。最近，有研究者提出一种基于高斯光束传播变换理论进行折叠腔像散补偿方法，并对折叠腔的两个端臂同时进行了像散补偿。但也只是补偿了其中两个端臂，折叠腔中间一臂的像散并没有获得补偿。如果激光晶体、频率变换晶体等一些重要光学器件放置于中间臂时，像散将会降低激光器的性能。总之，虽然激光器像散补偿研究已获得长足的进展，但目前仍缺少一种三臂的像散能够同时获得补偿的激光器平面折叠腔。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种折叠腔，旨在同时补偿三臂像散，提高激光器的性能。本专利技术是这样实现的，一种折叠腔，包括作为折叠腔的两端臂的第一端镜和第二端镜，在所述第一端镜和第二端镜之间的光路上设有至少一个像散补偿单元，所述像散补偿单元包括：激光工作物质，高斯光束入射所述激光工作物质表面的入射角为布儒斯特角，所述表面即布儒斯特面；所述像散补偿单元还包括：位于所述布儒斯特面两侧的第一曲面镜和第二曲面镜，所述第一曲面镜位于所述激光工作物质和第一端镜之间，用于将高斯光束在第一端镜和激光工作物质之间进行反射；所述第二曲面镜位于激光工作物质和第二端镜之间，用于将高斯光束在第二端镜和激光工作物质之间进行反射；所述第一曲面镜和第二曲面镜与各自相对的布儒斯特面之间的光轴上距离为：其中，Lej代表高斯光束在激光工作物质中自束腰到布儒斯特面的传播距离；n为激光工作物质的折射率；z0为瑞利长度，ω0为高斯光束在激光工作物质中束腰半径的大小，λ为高斯光束在真空中的波长；高斯光束入射到所述第一曲面镜和第二曲面镜的入射角满足：其中，θj为高斯光束在第一曲面镜或第二曲面镜上的入射角；fj为第一曲面镜或第二曲面镜正入射的焦距；Rjt和Rjs分别是高斯光束入射第一曲面镜或第二曲面镜时子午面和弧矢面的波前曲率半径；所述第一端镜和第二端镜为平面镜，位于高斯光束的束腰位置，或者为曲面镜，位于距离该束腰Lj+的位置，该曲面镜的曲率半径与高斯光束的等相位面的曲率半径相等，其中，fj+为第一端镜或第二端镜的焦距，ωj0为束腰半径大小；上述公式中，j＝1,2，代表高斯光束的两个传输方向。本专利技术还提供另一种折叠腔，包括作为折叠腔的两端臂的第一端镜和第二端镜，在所述第一端镜和第二端镜之间的光路上设有至少一个像散补偿单元，所述像散补偿单元包括：布儒斯特元件，高斯光束入射所述布儒斯特元件表面的入射角为布儒斯特角，所述表面即布儒斯特面；所述像散补偿单元还包括：位于所述布儒斯特面两侧的第一曲面镜和第二曲面镜，所述第一曲面镜位于所述布儒斯特元件和第一端镜之间，用于将高斯光束在第一端镜和布儒斯特元件之间进行反射；所述第二曲面镜位于布儒斯特元件和第二端镜之间，用于将高斯光束在第二端镜和布儒斯特元件之间进行反射；所述像散补偿单元还包括激光增益介质，设置于所述第一曲面镜和第一端镜之间，或者设置于所述第二曲面镜和第二端镜之间；所述第一曲面镜和第二曲面镜与各自相对的布儒斯特面之间的光轴上距离为：其中，Lej代表高斯光束在布儒斯特元件中自束腰到布儒斯特面的传播距离；n为激光工作物质的折射率；z0为瑞利长度，ω0为高斯光束在布儒斯特元件中束腰半径的大小，λ为高斯光束在真空中的波长；高斯光束入射到所述第一曲面镜和第二曲面镜的入射角满足：其中，θj为高斯光束在第一曲面镜或第二曲面镜上的入射角；fj为第一曲面镜或第二曲面镜正入射的焦距；Rjt和Rjs分别是高斯光束入射第一曲面镜或第二曲面镜时子午面和弧矢面的波前曲率半径；所述第一端镜和第二端镜为平面镜，位于高斯光束的束腰位置，或者为曲面镜，位于距离该束腰Lj+的位置，该曲面镜的曲率半径与高斯光束的等相位面的曲率半径相等，其中，距离Lj+满足：其中，δ＝(n35-1)L35，n35为激光增益介质的折射率，L35为激光增益介质的长度；fj+为第一端镜或第二端镜的焦距，ωj0为束腰半径大小；上述公式中，j＝1,2，代表高斯光束的两个传输方向。本专利技术的另一目的在于提供一种激光器，包括上述任一种折叠腔。在本专利技术中，按照上述约束条件设置第一曲面镜和第二曲面镜，同时限定高斯光束入射第一、第二曲面镜的角度，以及两个端镜的位置和形状，可实现折叠腔的三臂(两端臂及激光工作物质)像散补偿。在设计激光器折叠腔时，根据预设的高斯光束在激光工作物质中的束腰大小和位置，结合激光工作物质的折射率及厚度以及采用的曲面镜的焦距，就可按照上式设计出可补偿三臂像散的平面折叠腔，进而提升激光器的性能，提高了激光输出质量并增强了激光输出的灵活性。该折叠腔的设计方案对激光器性能的改进具有较大意义。附图说明图1是本专利技术实施例提供的折叠腔的第一种结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的折叠腔的激光工作物质的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的折叠腔的光路图；图4是本专利技术实施例提供的折叠腔的像散补偿效果示意图；图5是本专利技术实施例提供的折叠腔的第二种结构示意图；图6是本专利技术实施例提供的折叠腔的第三种结构示意图；图7是采用本专利技术实施例所述约束条件的折叠腔的光斑效果图及未采用所述约束条件的折叠腔的光斑效果图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。以下结合具体实施例对本专利技术的具体实现进行详细描述：请参阅图1～图3，本专利技术实施例提供的折叠腔主要作为固态激光器的谐振腔，包括分别作为折叠腔两端臂的反射镜1和输出镜2，在反射镜1和输出镜2之间的光路上依次设有至少一个像散补偿单元3。该像散补偿单元3包括激光工作物质31，该激光工作物质31以布儒斯特角放置，即高斯光束沿激光工作物质的光轴入射，入射角为布儒斯特角θb，为了便于描述，将入射面称为“布儒斯特面”，该激光工作物质31具有两个相对的布儒斯特面S。该像散补偿单元3还包括位于布儒斯特面S两侧的第一曲面镜32和第二曲面镜33。其中，第一曲面镜32位于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种折叠腔，包括作为折叠腔的两端臂的第一端镜和第二端镜，其特征在于，在所述第一端镜和第二端镜之间的光路上设有至少一个像散补偿单元，所述像散补偿单元包括：激光工作物质，高斯光束入射所述激光工作物质表面的入射角为布儒斯特角，所述表面即布儒斯特面；所述像散补偿单元还包括：位于所述布儒斯特面两侧的第一曲面镜和第二曲面镜，所述第一曲面镜位于所述激光工作物质和第一端镜之间，用于将高斯光束在第一端镜和激光工作物质之间进行反射；所述第二曲面镜位于激光工作物质和第二端镜之间，用于将高斯光束在第二端镜和激光工作物质之间进行反射；所述第一曲面镜和第二曲面镜与各自相对的布儒斯特面之间的光轴上距离为：Lj=Lej2+z02n2]]>其中，Lej代表高斯光束在激光工作物质中自束腰到布儒斯特面的传播距离；n为激光工作物质的折射率；z0为瑞利长度，ω0为高斯光束在激光工作物质中束腰半径的大小，λ为高斯光束在真空中的波长；高斯光束入射到所述第一曲面镜和第二曲面镜的入射角满足：cosθj=(fjrj)2+4-fjrj2]]>其中，θj为高斯光束在第一曲面镜或第二曲面镜上的入射角；fj为第一曲面镜或第二曲面镜正入射的焦距；Rjt和Rjs分别是高斯光束入射第一曲面镜或第二曲面镜时子午面和弧矢面的波前曲率半径；所述第一端镜和第二端镜为平面镜，位于高斯光束的束腰位置，或者为曲面镜，位于距离该束腰Lj+的位置，该曲面镜的曲率半径与高斯光束的等相位面的曲率半径相等，其中，Lj+=fj+±fj+2-zj02]]>fj+为第一端镜或第二端镜的焦距，ωj0为束腰半径大小；上述公式中，j＝1,2，代表高斯光束的两个传输方向。...

【技术特征摘要】
1.一种折叠腔，包括作为折叠腔的两端臂的第一端镜和第二端镜，其特征在于，在所述第一端镜和第二端镜之间的光路上设有至少一个像散补偿单元，所述像散补偿单元包括：激光工作物质，高斯光束入射所述激光工作物质表面的入射角为布儒斯特角，所述表面即布儒斯特面；所述像散补偿单元还包括：位于所述布儒斯特面两侧的第一曲面镜和第二曲面镜，所述第一曲面镜位于所述激光工作物质和第一端镜之间，用于将高斯光束在第一端镜和激光工作物质之间进行反射；所述第二曲面镜位于激光工作物质和第二端镜之间，用于将高斯光束在第二端镜和激光工作物质之间进行反射；所述第一曲面镜和第二曲面镜与各自相对的布儒斯特面之间的光轴上距离为：其中，Lej代表高斯光束在激光工作物质中自束腰到布儒斯特面的传播距离；n为激光工作物质的折射率；z0为瑞利长度，ω0为高斯光束在激光工作物质中束腰半径的大小，λ为高斯光束在真空中的波长；高斯光束入射到所述第一曲面镜和第二曲面镜的入射角满足：其中，θj为高斯光束在第一曲面镜或第二曲面镜上的入射角；fj为第一曲面镜或第二曲面镜正入射的焦距；Rjt和Rjs分别是高斯光束入射第一曲面镜或第二曲面镜时子午面和弧矢面的波前曲率半径；所述第一端镜和第二端镜为平面镜，位于高斯光束的束腰位置，或者为曲面镜，位于距离该束腰Lj+的位置，作为第一端镜和第二端镜的该曲面镜的曲率半径与高斯光束的等相位面的曲率半径相等，其中，fj+为第一端镜或第二端镜的焦距，ωj0为束腰半径大小；上述公式中，j＝1,2，代表高斯光束的两个传输方向。2.如权利要求1所述的折叠腔，其特征在于，在所述第一端镜和第二端镜之间还设有若干个平面反射镜。3.如权利要求1所述的折叠腔，其特征在于，所述激光工作物质为入射角为布儒斯特角的激光增益介质。4.如权利要求1所述的折叠腔，其特征在于，所述折叠腔包括一个所述像散补偿单元，或包括两个以上沿光传输方向依次串联的像散补偿单元。5.如权利要求1所述的折叠腔，其特征在于，所述第一端镜和第二端镜均为平面镜或均为曲面镜，或者分别为平面镜和曲面镜。6.一种折叠腔，包括作为折叠腔的两端臂的第一端镜和第二端镜，其特征在于，在所述第一端镜和第二端镜之间的光...

【专利技术属性】
技术研发人员：文侨，梁宗森，梁国文，李冀，牛憨笨，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44