阑孔非稳腔制造技术

一种可适用于大增益区大功率横向激励气体激光器的阑孔非稳腔。该腔采用轴向出光方式，结构简单，易于调整，结合了阑孔选模和共焦百稳腔的所有优点，在腔内实现了能充分利用增益区的基模振荡。近场输出实心的平面波及与其夹角很小的实心球面波，显著改善了光束质量，且该腔为激光加工提供了距离可调的双焦点远场激光分布。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光谐振腔领域。大功率横向激励气体激光器由于增益区截面积较大，往往采用大口径镜片组成的谐振腔耦合输出，但由于其衍损耗较小，而无法抑制高阶模振荡，因此输出光束的发散角很大，给激光加工带来了致命弱点。目前，通常采用的方法是光阑选模法、多折腔和非稳腔。光阑选模法因损失了大部分增益区，所以造成输出功率大幅度下降;多折腔是利用增加有效腔长来提高衍射损耗，从而达到抑制高阶模的目的，但结构复杂、难以调整，输出功率也有较大幅度的下降;共焦非稳腔能实现腔内基模振荡，并能充分利用增益区，但仅能输出空心平面波，但这种光束在其远场分布中除了中心主极大外，还存在着多阶次极大，给激光加工带来了不利因素，且因非稳腔采用的是侧向输出，所以结构复杂、难以调整。为了解决上述不足，本专利技术提出了一种阑孔非稳腔，采用轴向耦合输出方式，既能实现腔内基模振荡，充分利用增益区，又能实现实心模输出。由腔内的基模输出方式，使远场具有距离可调双焦点。本专利技术的内容包括由凹面全反镜、环形全反镜、凸面输出镜或凹面输出镜、环形全反镜、凸面全反镜组成，构成阑孔共焦非稳腔。凹面全反镜与环形全反镜、凸面输出镜位于同光轴;凹面输出镜与环形全反镜、凸面全反镜位于同光轴。凸面输出镜的内曲率半径R2与外曲率半径R3相等，凹面输出镜的内曲率半径R1与外曲率半径R4相等。该腔内振荡的基模输出方式可以是输出平面波与输出会聚球面波，其远场具有距离可调的双焦点;也可以是输出平面波与输出发散球面波，其远场具有距离可调的双焦点。该腔输出方式可以采用轴向输出，可获得实心的光束近场。本专利技术的优点在于1.采用光阑选模法获得的基模或类基模的输出功率约为相应多模稳腔的40%-45%;用多折腔所能获得的基模或类基模的输出功率约为相应多模稳腔的60%左右;用传统非稳腔所能获得的功率约为相应多模稳腔的65%左右。而阑孔非稳腔所能输出的基模功率是多模稳腔的65%以上，远场处的最小光斑面积则只有多模稳腔的九分之一，因而相应的功率密度提高了约5-6倍。2.本专利技术具有双焦点的远场特点。因此，为激光加工如打孔、切割、深焊等提供了一项新技术，且对提高切缝光洁度、提高加工速度均有好处。3.本专利技术的光电效率与共焦非稳腔相当，但有更好的远场分布及近场分布，其远场发散角约为1.7毫弧度。而传统非稳腔输出的激光的发散角为5.7毫弧度，因此明显改善了光束质量。4.本专利技术结构简单，成本较低，易于调整。附图说明及专利技术实施图1为一种阑孔非稳腔结构图。 这种阑孔非稳腔是在共焦非稳腔的基础上，用一环形全反镜(2)将即要输出的环状平面波全部反射回腔内，再经腔内往返振荡多次，再从凸面输出镜(3)中心透射区耦合输出，这时光阑的等效孔径相当于图中的ωo。光阑外的增益区(8)通过镜片口径M的选择，可被全部利用。由于腔内激光存在两个振荡方向，所以腔内自左向右振荡的平面波(6)输出一个口径为ωo的实心平面波(4)，腔内自右向左振荡的平面波(7)经凹面全反镜(1)反射后，输出口径为ωo的实心会聚球面波(5)，二者在远场处的焦点不重合，从而为激光加工提供了双焦点特点。为了避免凸面输出镜内反射对腔内模式的不良影响，该凸面输出镜(3)的内、外曲率半径必须相等，即R2＝R3。 图2为另一种阑孔非稳腔结构图。 这种阑孔非稳腔是在共焦非稳腔的基础上，用一环形全反镜(2)将即要输出的环状平面波(11)全部反射回腔内，而从凹面输出镜(9)耦合输出，凸面全反镜(10)与凹面输出镜(9)构成共焦腔，这时光阑的等效孔径相当于图中的φ。这样可以输出口径为M的实心平面波(4)和与其夹角极小的实心发散球面波(12)，二者在远场处的焦点不重合，从而为激光加工提供了双焦点特点。为了避免凹面输出镜内反射对腔内模式的不良影响，该凹面输出镜(10)的内、外曲率半径必须相等，即R1＝R4。 图3(a)为阑孔非稳腔输出的近场图。 实验表明它是均匀蜂窝状的光强分布，与传统的各类谐振腔不同。 图3(b)为阑孔非稳腔的光束远场分布图。 其中两种波的远场相互叠加，图中△为双焦点距离。 图3(c)为阑孔非稳腔失谐时光束的远场分布图。这时两种波的远场分布错开而无法重叠。 图3(d)为阑孔非稳腔的输出激光在远场中的最小光斑尺寸，其中直径为d1。 图3(e)为相应稳腔多模输出在远场处的最小光斑尺寸，其中直径为d2。 实验表明d1≈d2/3，即可大大提高激光的聚焦特性。 阑孔(共焦)非稳腔适用于大体积放电的气体激光器，尤其适用于大功率横向激励连续CO2激光器。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阑孔非稳腔，其特征在于该非稳腔由凹面全反镜（１）或凹面输出镜（９）、环形全反镜（２）、凸面输出镜（３）或凸面全反射镜（１０）组成，构成阑孔共焦非稳腔；凹面全反镜（１）与环形全反镜（２）、凸面输出镜（３）或凹面输出镜（９）与环形全反镜（２）、凸面全反镜（１０）同光轴，所说的凸面输出镜（３）的内曲率半径Ｒ↓［２］等于外曲率半径Ｒ↓［３］或所说的凹面输出镜（９）的内曲率半径Ｒ↓［１］等于外曲率半径Ｒ↓［４］。

【技术特征摘要】
1.一种阑孔非稳腔，其特征在于该非稳腔由凹面全反镜(1)或凹面输出镜(9)、环形全反镜(2)、凸面输出镜(3)或凸面全反射镜(10)组成，构成阑孔共焦非稳腔，凹面全反镜(1)与环形全反镜(2)、凸面输出镜(3)或凹面输出镜(9)与环形全反镜(2)、凸面全反镜(10)同光轴，所说的凸面输出镜(3)的内曲率半径R2等于外曲率半径R3或所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宗真，丘军林，龚志伟，孙书华，唐宗化，
申请(专利权)人：华中理工大学，
类型：发明
国别省市：42[中国|湖北]