一种激光谐振腔系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种激光光束整形系统，包括谐振腔，所述谐振腔包括尾镜以及输出镜，所述输出镜包括镜面A，所述镜面A上设置有圆环带，所述圆环带的具体位置为预定输出的高阶横模的光斑节线对应在镜面A上的位置，所述圆环带的反射率设置为零，镜面A上除圆环带所在位置外的其他区域镀有半透半反膜，所述输出镜还包括镜面B，所述镜面B设置为高度不同、凹凸间隔的同心圆环面，其相邻的凹面与凸面均通过分界面来连接，所述分界面与镜面A上对应的圆环带位于同一水平轴线上，该系统能够输出单一高阶横模，且在输出镜上一体式完成高阶横模的选择和相位调制，一方面可以改善光束质量，另一方面可以大大地方便激光谐振腔系统的安装调试。

【技术实现步骤摘要】
一种激光谐振腔系统
本技术涉及激光
，尤其是涉及一种激光谐振腔系统。
技术介绍
输出功率高的激光器在工业生产中应用比较广泛，比如焊接、切割、表面处理、材料快速成形等，也广泛应用于国防、航空航天等领域，特别是国防中激光武器对大功率激光器的研发有迫切需求。我国也在高功率激光研发技术上面投入很多研发力量，目前高功率激光器发展速度很快，种类很多，应用前景广泛。实际生产应用中对输出激光的能量大小、光斑形状、发散角度等各方面都有一定的参数要求，所以对激光光束的整形优化也有很多研究应用。如何在高功率输出基础上对能量分布进行整形优化，增大输出的功率密度和峰值功率密度是大功率激光器应用中必须解决的问题。通常的激光谐振腔无法在短增益介质条件下同时满足输出激光的高功率和高光束质量两个要求。一般做法是在横向上增加增益介质的半径，增大对应体积，光束输出为发散角大的高阶模式或者混合模式输出，但无法满足对光束质量的要求；如果在轴向上加长光束通过增益介质的长度，则对应谐振腔的加工、安装、调试角度要求很高。常用的光束整形方式能保证输出光束为基模，但是也限制了输出光束能量的大小，难于满足工业生产加工需求，因此高功率的激光光束质量改善一直是一项很重要的研究课题，也是发展超高功率激光器需要解决的一个难题。现有技术中，设计的激光光束整形装置是假定激光器的输出横模是一个单独的高阶模，或仅有少数几个高阶模为前提的条件下，通过相位调制改善光束质量的。而在实际情况中，很多激光器难以输出较为纯净的某个单一高阶模，其输出为多个模式的混合模，在这种情况下采用上述整形方式对镜片进行设计需要的分析计算过程比较复杂。如果能保证激光器谐振腔输出的激光模式是单一高阶模式，同时还保证输出的激光光束质量提高，那么对应的激光谐振腔系统设计就会更加方便，应用会更加广泛。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种能够输出单一高阶横模，并且提高激光光束质量的激光谐振腔系统。本技术所采用的技术方案是，一种激光谐振腔系统，包括谐振腔，所述谐振腔包括尾镜以及输出镜，所述输出镜包括面向尾镜的镜面A，其特征在于：所述镜面A上设置有圆环带，所述圆环带的具体位置为预定输出的高阶横模的光斑节线对应在镜面A上的位置，所述圆环带的反射率设置为零，镜面A上除圆环带所在位置外的其他区域镀有半透半反膜，所述输出镜还包括背对尾镜的镜面B，所述镜面B设置为高度不同、凹凸间隔的同心圆环面，其相邻的凹面与凸面均通过分界面来连接，所述分界面与镜面A上对应的圆环带位于同一水平轴线上，所述镜面B的外表面镀有一层增透膜。本技术的有益效果是：上述激光谐振腔系统，将预定输出的高阶横模的光斑节线在镜面A上覆盖的区域标记上圆环带，该圆环带的反射率设置为零，再将镜面A上除圆环带所在区域之外的其他区域镀上半透半反膜，这种设计结构对预定输出的高阶模式的光束没有任何影响，反而其他模式的光束则相应的增大了其单次衍射损耗，这样就能使其他模式的光束衍射损耗大于增益，光束经过在腔内振荡后，其他模式的光束由于衍射损耗，无法满足输出条件，那么最后就只有预定输出的高阶模式的激光满足输出条件输出，从而达到谐振腔内选模、输出单一高阶模的目的；同时镜面A的每个圆环带所处的水平轴线上都对应上镜面B上相邻的凹面与凸面的之间的分界面，这样可以使从输出镜输出的激光光束变为等相位面，即完成对输出横膜的相位调制，将相位调制与高阶横模选择输出结合，仅在输出镜上一体式完成高阶横模的选择和相位调制，一方面可以改善光束质量，另一方面可以大大地方便激光谐振腔系统的安装调试。作为优先，输出镜的镜面B上的凹面和凸面的高度差Δ满足：其中n为输出镜镜面B对入射激光的折射率，λ是入射激光的波长，k为正整数。作为优先，所述谐振腔还包括用于放置输出镜的输出镜镜框，所述镜面A上的圆环带设置为锥形结构，所述输出镜镜框的外表面上镀有一层吸收膜，采用该结构，当谐振腔内的振荡激光经过圆环带时，可以使其偏离原来光路不能原路反射回去，再在安装输出镜的镜框上镀一层吸收膜，即镜框的表面设计为吸收面，这样谐振腔内的振荡激光照射锥形结构后经过反射、或折射、或透射后偏离原来光路的杂散光会被吸收。作为优先，谐振腔还包括设置在输出镜前方的聚焦镜，所述聚焦镜在其焦点处形成聚焦光斑，所述聚焦光斑包括主峰和旁瓣，采用该结构，聚焦镜能够对从输出镜的镜面B输出的光束产生汇聚，并在聚焦镜的焦点处形成聚焦光斑。作为优先，谐振腔还包括设置在聚焦镜前方的空间滤波镜，所述空间滤波镜的中心与聚焦镜的焦点光斑的中心处于同一水平轴线上，所述空间滤波镜的中心部位设置有供聚焦光斑的主峰通过的光孔，所述聚焦光斑的旁瓣被空间滤波镜吸收，采用该结构，不但能够有效地滤除旁瓣光，而且还可以吸收旁瓣光束能量，消除了反射激光的危害。作为优先，谐振腔还包括设置在空间滤波器前方的准直透镜，所述准直透镜的前焦面的中心与空间滤波镜的中心处于同一水平轴线上，采用该结构，准直透镜可以对从空间滤波镜输出的激光进行准直。作为优先，所述谐振腔还包括供尾镜放置的尾镜镜框，所述尾镜包括一个面向输出镜的尾镜镜面，所述尾镜镜面上设置有若干锥形槽，所述尾镜镜框的外表面镀有一层吸收膜，采用该结构，可以提高谐振腔的选模能力，并且提高从尾镜输出的横模的纯度。附图说明图1为本技术一种激光谐振腔系统的结构示意图；图2为本技术的输出镜的镜面A与预定输出的高阶横模的对应图；图3为整形前从输出镜输出的4个模式的横模的强度分布图；图4为整形前TEM20横膜在输出镜的镜面A上的输出截面能量和位置的关系图；图5为4个模式的横模在本技术所描述的输出镜上的强度分布图；图6为TEM20横膜在本技术所描述的镜面A上的输出截面能量和位置的关系图；图7为本技术中圆环带采用锥形结构的镜面A与预定输出的高阶横模的对应图；如图所示：1、尾镜；2、输出镜；3、镜面A；4、半透半反膜；5、介质；7、圆环带；8、镜面B；9、输出镜镜框；10、聚焦镜；11、空间滤波镜；12、光孔；13、准直透镜；14、尾镜镜框；15、尾镜镜面；16、分界面；17、锥形槽。具体实施方式以下参照附图并结合具体实施方式来进一步描述技术，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施，本技术保护范围并不受限于该具体实施方式。通常激光器的谐振腔由增益介质和反射镜组成，反射镜的结构多种多样，激光器输出的模式多种多样，对于确定的激光谐振腔输出的模式则是有限的，能输出的激光模式必须满足以下两个特征：(1)、满足谐振条件；(2)、在谐振腔内的增益大于损耗。其中谐振条件是对自再现模的往返相移的限制，与谐振腔的长度有关，对满足谐振条件的可能模式，增益和损耗影响不同模式的能量汇聚情况：假设谐振腔内只存在一种模式的横模在腔内一次往返的增益比损耗大，同时其他模式的横模在腔内往返一次的增益比损耗小，这样在腔内多次往返的过程中，只有特定的一种模式的能量得到增加，其他模式的能量逐渐被衰减最终被抑制掉，谐振腔最后输出只有这种特定模式，从而实现单模输出。谐振腔内的损耗可以分为选择损耗和非选择损耗两类，选择损耗对不同的模式大小不同，因而有选择模式的作用，具体又能细分为几何偏折损耗和衍射损耗；非选择损耗对不同模式来说差别不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光谐振腔系统，包括谐振腔，所述谐振腔包括尾镜(1)以及输出镜(2)，所述输出镜(2)包括面向尾镜(1)的镜面A(3)，其特征在于：所述镜面A(3)上设置有圆环带(7)，所述圆环带(7)的具体位置为预定输出的高阶横模的光斑节线对应在镜面A上的位置，所述圆环带(7)的反射率设置为零，镜面A(3)上除圆环带(7)所在位置外的其他区域镀有半透半反膜(4)，所述输出镜(2)还包括背对尾镜(1)的镜面B(8)，所述镜面B(8)设置为高度不同、凹凸间隔的同心圆环面，其相邻的凹面与凸面均通过分界面(16)来连接，所述分界面(16)与镜面A(3)上对应的圆环带(7)位于同一水平轴线上，所述镜面B(8)的外表面镀有一层增透膜。

【技术特征摘要】
1.一种激光谐振腔系统，包括谐振腔，所述谐振腔包括尾镜(1)以及输出镜(2)，所述输出镜(2)包括面向尾镜(1)的镜面A(3)，其特征在于：所述镜面A(3)上设置有圆环带(7)，所述圆环带(7)的具体位置为预定输出的高阶横模的光斑节线对应在镜面A上的位置，所述圆环带(7)的反射率设置为零，镜面A(3)上除圆环带(7)所在位置外的其他区域镀有半透半反膜(4)，所述输出镜(2)还包括背对尾镜(1)的镜面B(8)，所述镜面B(8)设置为高度不同、凹凸间隔的同心圆环面，其相邻的凹面与凸面均通过分界面(16)来连接，所述分界面(16)与镜面A(3)上对应的圆环带(7)位于同一水平轴线上，所述镜面B(8)的外表面镀有一层增透膜。2.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔系统，其特征在于：输出镜(2)的镜面B(8)上的凹面和凸面的高度差Δ满足：其中n为输出镜(2)的镜面B(8)对入射激光的折射率，λ是入射激光的波长，k为正整数。3.根据权利要求1所述的一种激光谐振腔系统，其特征在于：所述谐振腔还包括用于放置输出镜(2)的输出镜镜框(9)，所述镜面A(3)上的圆环带(7)均设置为锥形结构，所述输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦应雄，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：新型
国别省市：湖北,42