大折叠角度激光谐振腔的构建方法技术

本发明专利技术提供一种大折叠角度激光谐振腔的构建方法，是在腔内设置离轴抛物面镜，平行光束入射离轴抛物面镜，经离轴抛物面镜反射聚焦，入射光中心到焦点距离为反射焦距，入射光和反射光之间的夹角为90º至180º。本发明专利技术提供的方法所构建的大折叠角度激光谐振腔，光学元件可以无拘束地插入谐振腔中，可简单高效地实现各种必要的功能；本发明专利技术提供的方法所构建的谐振腔中光路无交叉，可以有效地缩短腔长，有利于谐振腔的设计，尤其适用于高功率运转的行波腔。

【技术实现步骤摘要】
大折叠角度激光谐振腔的构建方法
本专利技术涉及激光器件制备
，具体涉及一种大折叠角度激光谐振腔的构建方法。
技术介绍
作为激光器件的三大组成部分之一，谐振腔的作用至关重要，是激光器件实现各种特殊性能的核心因素。按结构区分，激光谐振腔可以分成直线型谐振腔和折叠腔两类，一些特殊激光性能的实现必须依赖折叠腔，例如内腔非线性频率变换要求激光束高度聚焦、行波腔要求激光循环振荡等等，当然折叠腔的反射损耗可以忽略，但必然有球面镜作为折叠镜。直线型谐振腔和折叠腔的本质区别在于折叠腔中的球面镜入射光线的入射角不为零。实际中，如果球面镜的入射角相对较大，即非傍轴光线入射，会带来象散现象。象散是指光线或光束以较大入射角经透镜或球面镜成像后，像方光线或光束在相互垂直的两个方向感受到的焦距不同，这样就会严重影响成像质量，例如：横截面为圆形的光束成像后变成椭圆，同时还会影响谐振腔的稳区范围。因此，折叠腔的设计过程中必须考虑象散因素，尽量减小象散或补偿象散。另外，部分折叠腔的设计会出现腔中光路交叉，一方面影响光学元件的放置；另一方面增加腔长，容易导致谐振腔超出稳区，不利于激光谐振腔的设计，高功率运转时热效应也非常严重。减小球面镜入射角可以减小象散，但同时也会严重影响光学元件在谐振腔中的使用，例如：非线性光学晶体、光学单向器等元件很难放入谐振腔中。常用的象散补偿方法是在腔内放入特殊设计的布儒斯特片或透镜用以抵消腔内激光束在相互垂直两方向上的光程差，然而腔内插入光学元件会带来损耗并影响系统稳定性，且系统复杂。基于高斯光束的传输特性，借助多个凹面反射镜也可以补偿象散，然而此种方法要求复杂的计算，存在着结构复杂的问题。
技术实现思路
本专利技术要提供一种大角度折叠角激光谐振腔的构建方法，以保证光学元件不受任何影响地放置于谐振腔中，其不存在任何象散。为了达到上述目的，本专利技术提供的一种大折叠角度激光谐振腔的构建方法，是在腔内设置离轴抛物面镜，平行光束入射离轴抛物面镜，经离轴抛物面镜反射聚焦，入射光中心到焦点距离为反射焦距，入射光和反射光之间的夹角为90º至180º。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1）本专利技术提供的方法所构建的大折叠角度激光谐振腔，光学元件可以无拘束地插入谐振腔中，可简单高效地实现各种必要的功能。2）本专利技术提供的方法所构建的谐振腔中光路无交叉，可以有效地缩短腔长，有利于谐振腔的设计，尤其适用于高功率运转的行波腔；3）离轴抛物面镜对光束的聚焦本身属于正常光学成像，可以实现以任意入射角度聚焦平行光束或准直点光源的发散光束，同时保证光束传输过程中无像差、无色差、无象散，因此谐振腔本身并不存在象散，而且离轴角选择的范围很宽，有利于光学元件的插入；4）腔内无需象散补偿元件，结构简单，设计简单，无需任何理论计算辅助谐振腔的设计。附图说明图1是离轴抛物面镜聚焦平行光示意图；图2是实施例的结构示意图；图3是实施例位置1输出激光横截面光斑形状；图4是实施例位置2输出激光横截面光斑形状。图中，1-平行光束，2-入射离轴抛物面镜，3-入射光中心，4-焦点，5-反射光，6-第一平面镜，7-第一离轴抛物面镜、8-第二平面镜，9-第二离轴抛物面镜，10-光纤耦合激光二极管，11-光学传输系统，12-激光介质，13-光学单向器。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术进行详细地描述。本专利技术的设计原理是指将旋转对称抛物面非中轴线处的任意曲面分离出来作为反射面，从而实现入射光束和聚焦光束的分离。参见图1，本专利技术提供的一种大折叠角度激光谐振腔的构建方法，是在腔内设置离轴抛物面镜，所述平行光束1入射离轴抛物面镜2，经离轴抛物面镜2反射聚焦，入射光中心3到焦点4距离为反射焦距，入射光和反射光5之间的夹角称作离轴角，可在90º至180º选择。参见图2，本专利技术提供的是在二极管端面泵浦Nd:GdVO4912nm环形激光器上的一种大折叠角度激光谐振腔的构造。所说的激光谐振腔由第一平面镜6、第二平面镜9、第一离轴抛物面镜7和第二离轴抛物面镜8组成，其中第一平面镜6和第二平面镜9相对设置，第一离轴抛物面镜7和第二离轴抛物面镜8相对设置，其中，第一平面镜6为输入镜，第二平面镜9为输出透射镜。泵浦源为中心波长为808nm的光纤耦合激光二极管10，光纤数值孔径为0.12、芯径为300mm，经光纤耦合输出的泵浦光经光学传输系统11聚焦到激光介质12内。在该结构中，第一平面镜6、第一离轴抛物面镜7、第二平面镜9和第二离轴抛物面镜8呈环状设置。所说的光纤耦合激光二极管10、光学传输系统11、激光谐振腔和激光介质12共同作用产生的平行光束入射第一离轴抛物面镜7，经第一离轴抛物面镜7反射聚焦到第二平面镜9，入射光中心3到焦点4距离为反射焦距，入射光和反射光5之间的夹角称作离轴角，本实施例中为90º，第二平面镜9的发射光经光学单向器13入射第二离轴抛物面镜8，经第二离轴抛物面镜8反射聚焦到第一平面镜6上，此处离轴角也为90º，经第一平面镜6的反射光经激光介质12再次入射第一离轴抛物面镜7并重复以上过程，周而复始形成激光。本实施例中，激光谐振腔的腔内设置有离轴抛物面镜，根据需要设置有两个，同时根据入射出射光路的需要设置有两个平面镜，以搭建出完整的光路。在激光谐振腔的腔内设置离轴抛物面镜这样的思路下，可以有很多的设计方案。如果是多个，多个离轴抛物面镜环状设置即可。实验中在第二平面镜9后面两个不同位置处测量的输出激光光斑轮廓如图3和图4所示，可以看出输出激光横截面光斑形状为标准圆形，即不存在任何象散，从而证明本结构的合理性。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大折叠角度激光谐振腔的构建方法，其特征在于：在腔内设置离轴抛物面镜，平行光束（1）入射离轴抛物面镜（2），经离轴抛物面镜（2）反射聚焦，入射光中心（3）到焦点（4）距离为反射焦距，入射光和反射光（5）之间的夹角为90º至180º。

【技术特征摘要】
1.一种大折叠角度激光谐振腔的构建方法，其特征在于：在腔内设置离轴抛物面镜，平行光束（1）入射离轴抛物面镜（2），经离...

【专利技术属性】
技术研发人员：王垚廷，张丽丽，王党社，张瑞红，时文嘉，张艳超，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61