一种两镜腔高功率阵列气体激光器的构建方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术为一种两镜腔高功率阵列气体激光器的构建方法及装置，涉及光学工程和激光应用领域。主要是由放电管配置和激励并在两镜腔作用下获得高功率二氧化碳激光或一氧化碳激光的方法及装置。本发明专利技术提供的两镜腔高功率阵列气体激光器，其振荡光束在激光器谐振腔内交于一点，在输出镜镜面上呈对称分布，有效地避免了输出镜局部功率密度过大引起的非线性效应和温度过高引起的热透镜效应。其特征在于将多支放电管按照对称的方式放置在激光器上，利用直流电源激励并在两镜腔作用下输出高功率激光束的构建方法及装置。器件具有功率大、光束质量好、结构紧凑、体积小的优点，是光学工程和激光应用领域的主要器件之一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学工程和激光应用领域，尤其涉及一种两镜腔高功率阵列气体激光 器，主要是利用直流电源放电激励二维或三维阵列放电管并在两镜腔作用下获得高功率阵 列二氧化碳激光束或一氧化碳激光束的装置及构建方法。
技术介绍
二氧化碳激光器是世界上最早的分子激光器，放电采用直流放电，放电管需要采 取冷却措施，I. 2m长放电管输出功率约为50瓦；一氧化碳激光器是又一重要的分子激光 器，其量子转换效率是二氧化碳激光器的量子转换效率的两倍多，是研究激光化学和分子 光谱最有价值的红外激光器之一。近十年来，国际上激光加工系统主要采用二氧化碳激光 器和Nd: YAG激光器，其产值已达到50亿美元，其中二氧化碳激光器系统产值超过30亿美 元。波导型、横流型、轴快流型二氧化碳激光器是激光加工系统中最主要的激光器，波导型 二氧化碳激光器由于重量轻、体积小而直接被架于机床加工，横流型二氧化碳激光器增益 体积大，可输出上万瓦的激光，但激光模式相对较差，因此，主要用于金属材料的焊接、热处 理和表面处理，轴快流型二氧化碳激光器是利用气体对流方式来排出工作气体的废热，从 而提高电光转换效率和输出功率，输出的激光束通常为基模高斯光束，主要用于金属、非金 属材料的焊接、打孔、切割等。以上激光器虽然具有各自的优点，但也存在不足之处，流动型 二氧化碳激光器虽然输出功率高，但激光器的体积庞大，因此加工机机头和激光器只能是 分离的，因此激光的直线传输和光路控制都是依靠光学元件和相应的控制措施来实现；相 比之下，平板波导型二氧化碳激光器体积小可直接架于加工机机床，但该激光器的输出功 率由于结构限制，从而难以提高。在已有的专利中，虽然已提出了高功率二氧化碳激光器装 置（专利技术大功率气体激光器的构建方法及装置，【申请号】CN200310104017 ;专利技术 相位锁定轴对称折迭组合二氧化碳激光器，【申请号】CN200810044294 ;专利技术专利 名称：一种行波腔高功率二氧化碳激光器的构建方法及装置，【申请号】CN201410470437)， 上述三类专利技术的各个放电管相交于输出镜镜面中心，即来自各个谐振腔的振荡光束具有公 共输出点。对于放电管较多的高功率激光器，对称的阵列激光束相交于输出镜镜面上一点， 必然导致输出镜局部功率密度过大，从而引起非线性效应，导致输出镜温度过高，从而引起 热透镜效应，进而导致输出光束质量变差，影响激光加工效果。 本专利技术就是为了克服此类问题提出来的，所述的两镜腔高功率阵列气体激光器， 各个振荡光束相交于谐振腔内一点，因此，在输出镜镜面上，阵列光束呈对称分布，有效地 减小了输出镜局部承受的功率密度和降低了输出镜温度，提高了激光光束质量和激光加工 效率，因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是针对现有技术存在的不足，提供了一种两镜腔高 功率阵列气体激光器。本专利技术的技术方案如下： 一种二维两镜腔高功率阵列气体激光器的装置包括石英放电管或玻璃放电管（I)、 (2) 、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)、放电阳极（8)、（9)、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)、凹面全反射 镜（15)、（16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)、组合镜（22)、放电管第一支架（23)、放电管 第二支架（24)、输出镜（25)、第一会聚镜（26)、第二会聚镜（27)、放电总阴极（28)、储气室 (29)、公共交点（30)，其技术方案为： 1)、凹面全反射镜（15)、（16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)的中心位于同一球面上， 构成组合镜（22)，各个凹面全反射镜分别与放电管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)左端 面的距离均为5cm，凹面全反射镜的横向尺寸均为20mm，曲率半径均为2m。2)、放电管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)长 I. 2m，直径 12mm，被放电管第一支 架（23)和放电管第二支架（24)固定在系统对称轴上，各个放电管左端密封，右端与放电管 第二支架（24)密封连接。 3)、放电阳极（8)、（9)、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)分别固定在放电管（1)、（2)、 (3) 、（4)、（5)、（6)、（7)上，且到放电管左端距离均为5cm。4)、输出镜（25)的第一反射面为球面，其曲率中心与放电管（1)、（2)、（3)、（4)、 (5)、（6)、（7)的轴线的交点或凹面全反射镜（15)、（16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)的 轴线的交点重合，即为公共交点（30)，公共交点（30)到放电管第二支架（24)的水平距离为 40cm，输出镜（25)的第一反射面的曲率半径为0.6m。 5)、储气室（29)将放电管第二支架（24)与输出镜（25)密封连接，放电总阴极 (28)密封连接在储气室（29)上。 6)、第一会聚镜（26)位于系统对称轴上，到输出镜的距离为80cm、所述的第二会 聚镜（27)位于系统对称轴上，到输出镜的距离为140cm。7)、所述的二维两镜腔高功率阵列气体激光器，其特征在于凹面全反射镜（15)、 (16)、（17)、（18)、（19)、（20)、（21)与输出镜（25)分别构成第一两镜腔、第二两镜腔、第 三两镜腔、第四两镜腔、第五两镜腔、第六两镜腔、第七两镜腔，放电管（1)、（2)、（3)、（4)、 (5)、（6)、（7)的轴线分别与上述七个两镜腔的轴线重合；利用电源激励放电管内由二氧化 碳、氮气、氦气组成的混合气体，或放电管内由一氧化碳、氮气、氦气组成的混合气体，则从 输出镜输出二氧化碳激光或一氧化碳激光；其特征在于从各个谐振腔输出的激光束相交于 公共交点（30)，在输出镜面上对称地分布在同一直线上，有效地减小了输出镜镜面上局部 功率密度过大引起的非线性效应和温度过高引起的热透镜效应；从输出镜（25)输出的阵 列激光束经第一会聚镜（26)后变成平行阵列激光束，再经第二会聚镜（27)后变成会聚的 阵列激光束。 -种三维两镜腔高功率阵列气体激光器的装置包括石英放电管或玻璃放电管 (1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、（7)、（8)、放电阳极（9)、（10)、（11)、（12)、（13)、（14)、（15)、 (16)、凹面全反射镜（17)、（18)、（19)、（20)、（21)、（22)、（23)、（24)、组合镜（25)、放电管 第一支架（26)、放电管第二支架（27)、放电总阴极（28)、储气室（29)、输出镜（30)、会聚镜 (31)、激光器第一支架（32)、激光器第二支架（33)、激光器第三支架（34)、激光器第四支架 (35)、激光器第五支架（36)、激光器第六支架（37)。 1)、凹面全反射镜（17)、（18)、（19)、（20)、（21)、（22)、（23)、（24)的中心位于同 一球面上，构成组合镜（25)，各个凹面全反射镜分别与放电管（1)、（2)、（3)、（4)、（5)、（6)、 (7)、（8)左端面的距离均为5cm，凹面全反射镜的横向尺寸均为20mm，曲率半径均为2m。2)、放电管（1)、（2)、（3)、（4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种两镜腔高功率阵列气体激光器的构建方法，是使用石英管或玻璃管作为放电管，多根放电管呈对称分布，放电管轴线相交于谐振腔内一点，使用由凹面全反射镜和输出镜组成的两镜腔，放电管内气体介质经放电激励后并在两镜腔作用下，从输出镜输出激光；当放电管内的混合气体为二氧化碳、氮气、氦气且各个谐振腔镜的反射和透射是针对波长为10.6的，则输出二氧化碳激光，当放电管内的混合气体为一氧化碳、氮气、氦气且各个谐振腔镜的反射和透射是针对波长为5.3的，则输出一氧化碳激光；二维两镜腔高功率阵列气体激光器是由多根放电管对称放置在同一平面内，各个放电管的轴线关于激光器对称轴对称，且相交于同一公共交点，各个放电管的轴线及末端连线构成等腰三角形，公共交点为等腰三角形的顶点，放电管轴线为等腰三角形的腰，放电管末端连线为等腰三角形的底；三维两镜腔高功率阵列气体激光器是由多根放电管对称放置在同一圆锥面上，各个放电管的轴线交于同一公共交点，即为圆锥顶点，各个放电管的末端在同一平面内，即为圆锥底面，各个放电管的轴线即为圆锥母线位于同一圆锥面上；其特征在于各个凹面全反射镜的轴线与凹面全反射镜所对应的放电管的轴线重合并交于公共交点；输出镜的第一反射面为球面，其特征在于该球面的曲率中心与各个放电管的轴线或各个凹面全反射镜的轴线重合于同一公共交点，振荡光束在凹面全反射镜和输出镜的第一反射面之间振荡，从输出镜输出的激光束为会聚的阵列激光束，利用会聚透镜可获得平行的或会聚的阵列高功率二氧化碳或一氧化碳激光束。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇根，马再如，杜泉，赵正权，邓学儒，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51