本发明专利技术提供一种相位锁定两镜腔共点组合二氧化碳激光器，包括石英放电管、组合镜或球面镜、输出镜、锁相镜、会聚透镜和支架，各对称的振荡光束在谐振腔内有一公共交点，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光学效应。其特征在于，各个对称的凹-凹两镜腔内光束的振荡是由轴上两镜腔产生的光束经锁相镜的第二反射面的反射来控制的，因此，所得输出光束具有极好的相干性，是激光医疗、激光快速加工和产生太赫兹波的理想光源。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光学、光学工程和太赫兹激光领域，尤其涉及一种相位锁定两镜腔共点组合二氧化碳激光器。
技术介绍
二氧化碳激光器是最早的分子气体激光器，放电管为圆形放电管，采用直流放电，但激光器工作需要采取冷却措施，这种激光器件I米长放电管输出40W 二氧化碳激光；近年来，国际上激光加工系统主要采用二氧化碳激光器，其产值超过30亿美元。波导型、轴快流型、横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，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，主要用于金属、非金属材料的焊接、打孔、切割等，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。以上激光器在激光加工领域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。为了提高输出，通常采用增加放电管数量来提高增益，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。已有的专利技术专利，专利技术一种两镜腔高功率阵列气体激光器的构建方法及装置，申请号:CN201510009838，采用两镜腔，虽然能有效地避免上述局部激光功率密度过大和温度过高的问题，但其相干性不能满足激光快速加工和高精度加工的要求，也不能为太赫兹激光提供一种稳定的理想的激光光源。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术存在的不足，提供一种相位锁定两镜腔共点组合二氧化碳激光器，输出光束是具有极好相干性的二氧化碳激光。为了达到上述目的本专利技术采用如下方案:相位锁定两镜腔共点组合二氧化碳激光器，包括9根放电管，9个分别连接在9根放电管上的电源阳极，用于支撑放电管的放电管第一支架和放电管第二支架，及电源阴极、储气室、回气装置接口、输出镜、锁相镜和球面反射镜；所述的9根放电管关于激光器对称轴呈轴对称放置，其中I根放电管轴线与激光器对称轴重合，另外8根放电管关于这I根放电管呈轴对称分布，9根放电管的轴线与激光器对称轴相交于公共交点；各个放电管左端均密封并对称固定在放电管第一支架上，右端对称固定在放电管第二支架上；所述的9个电源阳极分别密封连接在距各个放电管左端端面5cm处；所述的球面反射镜能够将来自9根放电管的光束原路反射并聚焦于公共交点；所述输出镜为弯凸镜，放置在激光器对称轴上，且位于公共交点右侧20cm处，第一反射面的曲率半径为20cm，第二反射面的曲率半径为12cm，折射率为1.5，且输出镜中心是1cm的空腔；会聚镜焦距为10cm，放置在激光器对称轴上，且位于输出镜后40cm处；所述储气室密封连接在放电管第二支架与输出镜之间，电源阴极与回气装置接口密封连接在储气室上，各个放电管与放电管支架之间均密封连接；所述锁相镜放置在激光器对称轴上，且位于输出镜后15cm处，第二反射面的反射率为10%，透射率为90%，曲率半径为70cm ;或锁相镜放置在激光器对称轴上，且位于输出镜后5cm处，第二反射面的反射率为10%，透射率为90%，曲率半径为50cm ;所述球面反射镜、轴线与激光器对称轴重合的I根放电管、锁相镜构成第一两镜腔或轴上两镜腔；球面反射镜、另外8根放电管、输出镜分别构成第二两镜腔、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、第八两镜腔、第九两镜腔；公共交点位于各个两镜腔内；在放电管内充入C02、N2, He的混合气体，且各个两镜腔的反射和透射是针对波长10.6 μπι的，通过电源激励放电管内的混合气体，并在两镜腔作用下输出呈对称分布的二氧化碳阵列激光束。进一步地，所述球面反射镜放置在激光器第一支架上、放电管第一支架放置在激光器第二支架上、放电管第二支架放置在激光器第三支架上、输出镜放置在激光器第四支架上、锁相镜放置在激光器第五支架上、会聚镜放置在激光器第六支架上；激光器第一支架、激光器第二支架、激光器第三支架、激光器第四支架、激光器第五支架、激光器第六支架放置在激光器第七支架上。进一步地，所述放电管均为圆形管，由石英材料制成，其内径均为12mm，外径均为14mm0进一步地，所述球面反射镜为组合镜或球面镜。进一步地，所述组合镜包括在在镜面上对称放置的第一凹面全反射镜、第二凹面全反射镜、第三凹面全反射镜、第四凹面全反射镜、第五凹面全反射镜、第六凹面全反射镜、第七凹面全反射镜、第八凹面全反射镜和第九凹面全反射镜，其轴线分别与第一放电管、第二放电管、第三放电管、第四放电管、第五放电管、第六放电管、第七放电管、第八放电管和第九放电管的轴线重合；各个凹面全反射镜曲率半径为2m，横向尺寸均为6cm，其镜面中心均位于组合镜的同一球面上。进一步地，首先对轴线与激光器对称轴重合的I根放电管放电，并在由组合镜和位于输出镜后15cm处的锁相镜构成第一两镜腔作用下产生控制光束；控制光束被锁相镜的第二反射面部分反射后作为注入光束从公共交点处发散地注入到各个两镜腔内；组合镜镜面上的各个凹面全反射镜与输出镜的参数选择构成非稳腔，激光器的谐振腔长为L =1.5m，从而获得激光输出；注入光束具有较大的激光尺寸和发散角，然后再对各个对称的另外8根放电管进行直流放电；如果注入信号较强，注入光束将在各个两镜腔内建立相应的振荡，并消耗腔内的反转粒子，然后在由组合镜和输出镜的第一反射面组成的两镜腔作用下产生受激辐射光振荡，其振荡形式应该与注入光束一致，即:振荡光束的频率和相位完全被注入光束所控制；该振荡光束在两镜腔内以驻波的形式振荡并沿各自轴线方向传输放大；当各个两镜腔内振荡光束达到输出阈值时，在输出镜表面得到对称的发散的阵列光束，这些光束经输出镜及会聚镜会聚后变成相干性极好的会聚光束，并相交于会聚镜的焦点处，从而实现相位锁定。进一步地，首先对轴线与激光器对称轴重合的I根放电管放电，并在由曲率半径为1.3m的球面镜和位于输出镜后5cm处的锁相镜构成第一两镜腔作用下产生控制光束；控制光束被锁相镜的第二反射面部分反射后作为注入光束从公共交点处以近似点光源的形式发散地注入到各个两镜腔内；球面镜与输出镜的参数选择构成共心腔，激光器的腔长为L=L 5m，从而获得激光输出；注入光束具有较大的激光尺寸和发散角，然后再对各个对称的另外8当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
相位锁定两镜腔共点组合二氧化碳激光器，其特征在于：包括9根放电管，9个分别连接在9根放电管上的电源阳极，用于支撑放电管的放电管第一支架(20)和放电管第二支架(21)，及电源阴极(22)、储气室(23)、回气装置接口(24)、输出镜(26)、锁相镜(27)和球面反射镜；所述的9根放电管关于激光器对称轴(29)呈轴对称放置，其中1根放电管轴线与激光器对称轴(29)重合，另外8根放电管关于这1根放电管呈轴对称分布，9根放电管的轴线与激光器对称轴(29)相交于公共交点(25)；各个放电管左端均密封并对称固定在放电管第一支架(20)上，右端对称固定在放电管第二支架(21)上；所述的9个电源阳极分别密封连接在距各个放电管左端端面5cm处；所述的球面反射镜能够将来自9根放电管的光束原路反射并聚焦于公共交点(25)；所述输出镜(26)为弯凸镜，放置在激光器对称轴(29)上，且位于公共交点(25)右侧20cm处，第一反射面的曲率半径为20cm，第二反射面的曲率半径为12cm，折射率为1.5，且输出镜(26)中心是10cm的空腔；会聚镜(28)焦距为10cm，放置在激光器对称轴(29)上，且位于输出镜(26)后40cm处；所述储气室(23)密封连接在放电管第二支架(21)与输出镜(26)之间，电源阴极(22)与回气装置接口(24)密封连接在储气室(23)上，各个放电管与放电管支架之间均密封连接；所述锁相镜(27)放置在激光器对称轴(29)上，且位于输出镜(26)后15cm处，第二反射面的反射率为10％，透射率为90％，曲率半径为70cm；或锁相镜(27)放置在激光器对称轴(29)上，且位于输出镜(26)后5cm处，第二反射面的反射率为10％，透射率为90％，曲率半径为50cm；所述的球面反射镜、轴线与激光器对称轴(29)重合的1根放电管、锁相镜(27)构成第一两镜腔或轴上两镜腔；球面反射镜、另外8根放电管、输出镜(26)分别构成第二两镜腔、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、第八两镜腔、第九两镜腔；公共交点(25)位于各个两镜腔内；在放电管内充入CO2、N2、He的混合气体，且各个两镜腔的反射和透射是针对波长10.6μm的，通过电源激励放电管内的混合气体，并在两镜腔作用下输出呈对称分布的二氧化碳阵列激光束。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐勇根，田欢欢，杨婷，王时建，马在如，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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