本发明专利技术公开了一种可输出实心光束的激光非稳腔，包括：包含相对布置的凸面镜和凹面镜的激光器本体；设置在凸面镜和凹面镜之间的内圆锥面环形反射镜，其反射镜面为呈向内凹陷的圆锥面形，且该反射镜的镜体为中空的环形体；和设置在非稳腔的光轴下方，并与所述内圆锥面环形反射镜相对放置的外圆锥面反射镜，其中该外圆锥面反射镜的反射镜面呈向外凸起的圆锥面形，其反射镜面中心Q与环形反射镜镜面中心P的连线与所述非稳腔的光轴垂直。本发明专利技术还公开了上述激光非稳腔的应用。本发明专利技术的装置和方法能够利用反射光学元件实现对非稳腔激光器输出环形光束的变换，获得圆形实心光束输出；并且所提供的装置结构简单，工作稳定。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高功率激光器
，特别涉及一种基于腔外光束整形技术输出实心光束的激光非稳腔及其应用。
技术介绍
具有高光束质量的高功率激光器在工业和军事应用领域都有非常重要的应用前景。对于高功率激光器而言，最重要的是如何获得尽可能大的模体积和良好的横模鉴别能力，以实现高功率单模运转，从而既能从激活介质中高效率的提取能量，又能保持高光束质量的激光输出。为了获得高功率的激光输出，往往需要采用大体积与大横向尺寸的激活介质，以保证腔内光学元件在不受激光损伤的前提下，实现高功率的激光输出。稳定腔只能在光轴中心附近区域获得运转在基模(TEMtltl模)的近衍射极限的高斯光束，其模体积有限，并不适合于高功率激光器。对具有大体积与大横向尺寸激活介质的激光器，一般米用非稳腔技术获得单横模输出。但是常规非稳腔激光器的耦合输出为环形光斑结构，将这种环形空心光束聚焦后，其焦斑中心处的功率密度将比具有相同功率和光斑尺寸的实心光束低许多；同样地，该环形空心光束的远场发散角也将远高于衍射极限，最终限制了它的应用。为了消除常规非稳腔激光器输出环形光束的中央暗斑，人们提出了许多不同的方法，以期实现从大体积激活介质中提取接近衍射极限的高能激光束。最具代表性的当属变反射率镜(常见的包括高斯型、超高斯型、抛物线型等)非稳腔与90°束旋转环形非稳腔(Unstable Resonator with 90°Beam Rotation)。采用变反射率镜作为输出耦合镜的非稳腔，在理论上可以达到近衍射极限的高能激光束输出。但对高功率激光器而言，制作高损伤阈值的变反射率介质薄膜是非常困难的；并且不同的介质薄膜厚度也会引起输出光束的相位畸变，因此变反射率输出耦合镜在实际应用上具有一定的局限性。美国空军武器实验室A. H. Paxton等人在《Applied Optics》1986年第25卷第17 期《Unstable resonators with 90°beam rotation)) 一文中提出了一种 90° 束旋转环形非稳腔，该腔由于利用了光束旋转技术能够对激活介质的不均匀性以及镜面的象差进行平均化，从而获得高光束质量的矩形全斑激光束输出。但由于该腔的输出I禹合镜为刀口，输出光束为实心矩形，在强红外激光传输中，只能采用斜轴形反射望远镜发射；而斜轴反射望远镜的设计难度大，造价昂贵。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种输出实心光束的的激光非稳腔，基于光学元件对光束进行重构整形，使普通非稳腔输出环形光束的中心部分重构成为实心光束。实现本专利技术该目的所采用的技术方案如下一种可输出实心光束的激光非稳腔，包括激光器本体，其包含由凸面镜和凹面镜相对布置构成的正支虚共焦非稳腔，该凸面镜和凹面镜的中心连线形成非稳腔的光轴；内圆锥面环形反射镜，其设置在激光器本体内，并位于所述凸面镜和凹面镜之间，该内圆锥面环形反射镜的反射镜面呈向内凹陷的圆锥面形，且该反射镜的镜体为中空的环形体；和外圆锥面反射镜，其设置在非稳腔的光轴下方，并与所述内圆锥面环形反射镜相对放置，其中该外圆锥面反射镜的反射镜面呈向外凸起的圆锥面形，其反射镜面中心点与环形反射镜镜面中心点的连线与所述非稳腔的光轴垂直；其特征在于，经所述凹面镜反射的光束一部分穿过反射镜的中空镜体后传输到凸面镜上，以继续振荡，另一部分入射到内圆锥面环形反射镜的反射镜面上，并反射到所述外圆锥面反射镜的反射镜面上，通过调节所述内圆锥面环形反射镜与外圆锥面反射镜沿两中心点连线方向上的相对距离至合适大小，即可实现从所述外圆锥面反射镜的反射镜面上输出实心光束。 作为本专利技术的改进，所述内圆锥面环形反射镜的反射镜面与外圆锥面反射镜的反射镜面具有相同的轴截面顶角，且为钝角。作为本专利技术的改进，所述内圆锥面环形反射镜与所述外圆锥面反射镜的旋转对称轴均与所述非稳腔的光轴成45°夹角。作为本专利技术的改进，所述的内圆锥面环形反射镜的底部开有第一环形冷却水槽，带有进水口和出水口的环形水槽盖板盖在该第一环形冷却水槽上，并与所述内圆锥面环形反射镜的底部密封连接。作为本专利技术的改进，所述的外圆锥面反射镜的后部开有第二环形冷却水槽，带有进水口和出水口的圆形水槽盖板盖在该第二环形冷却水槽上，并与所述外圆锥面反射镜的底部密封连接。实现本专利技术该目的所采用的另一技术方案如下一种可输出实心光束的激光非稳腔，包括激光器本体，其包含由凸面镜和凹面镜相对布置构成的正支虚共焦非稳腔，该凸面镜和凹面镜的中心连线形成非稳腔的光轴；外圆锥面透镜，其设置在激光器本体外，并位于所述凸面镜后方，该外圆锥面透镜镜体呈柱状，镜体一端端面为平面，另一端端面呈向外凸出的圆锥面，其旋转对称轴与非稳腔的光轴在同一直线上；和内圆锥面透镜，其同轴设置在外圆锥面透镜后方，该内圆锥面透镜呈柱状体，面向外圆锥面透镜的端面呈向内凹陷的圆锥面形，另一端面为平面，该内圆锥面透镜的旋转对称轴与非稳腔的光轴在同一直线上，经所述外圆锥面透镜折射后的光束射入到该内圆锥面透镜的向内凹陷的圆锥面上，透射后通过另一端的平面端面射出；其特征在于，光束由凹面镜向外反射时，一部分反射到凸面镜上在谐振腔内继续震荡，另一部分平行射到凸面镜后面的外圆锥面透镜的平面端上，经透射至另一端的圆锥面端并折射后向光轴方向折射，折射的光束射入到内圆锥面透镜的向内凹陷的圆锥面上，通过调节内圆锥面透镜在非稳腔的光轴方向上与外圆锥面透镜的距离至合适大小，即可使得经该内圆锥面透镜透射至另一端的平面端面时，出射的光束为实心光束。作为本专利技术的改进，所述外圆锥面透镜与所述内圆锥面透镜的圆锥面具有相同的临界角C。作为本专利技术的改进，所述外圆锥面透镜端面的圆锥面与该内圆锥面透镜的圆锥面具有相同的轴截面顶角9'，且180° -2c〈0' 〈180°。本专利技术的目的之二在于提出一种利用激光非稳腔输出实心光束的方法，其具体包括在激光非稳腔的激光本体器中的凸面镜和凹面镜之间设置内圆锥面环形反射镜，并使经所述凹面镜反射的光束一部分入射到内圆锥面环形反射镜的反射镜面上的步骤，其中该内圆锥面环形反射镜的反射镜面呈向内凹陷的圆锥面形，且该反射镜的镜体为中空的环形体；在所述激光非稳腔的光轴下方设置外圆锥面反射镜，并使内圆锥面环形反射镜的反射镜面上的反射光出射到所述外圆锥面反射镜的反射镜面上并反射后输出的步骤，其中该外圆锥面反射镜反射镜面中心点与内圆锥面环形反射镜镜面中心点的连线与所述非稳腔的光轴垂直；以及调节所述内圆锥面环形反射镜与外圆锥面反射镜沿两中心点连线方向上的相对距离至合适大小的步骤，即可使得从所述外圆锥面反射镜的反射镜面上输出的光束为实心光束。本专利技术的目的之二还在于提出另一种利用激光非稳腔输出实心光束的方法，其具体包括在所述激光非稳腔的激光本体器中的凸面镜后方设置外圆锥面透镜，并使凹面镜向外反射的一部分光束平行入射到该透镜上并折射后出射的步骤，其中，该透镜镜体呈柱状，镜体一端端面为平面，另一端端面呈向外凸出的圆锥面，其旋转对称轴与非稳腔的光轴在同一直线上；在所述外圆锥面透镜后方同轴设置内圆锥面透镜，并使经该外圆锥面透镜折射后出射的光束入射到该内圆锥面透镜上并折射后出射的步骤，其中，该内圆锥面透镜呈柱状体，面对外圆锥面透镜的圆锥面的端面呈向内凹陷的圆锥面形，另一端面为平面；以及调节内圆锥本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可输出实心光束的激光非稳腔，包括 激光器本体(1)，其包含由凸面镜(4)和凹面镜(3)相对布置构成的正支虚共焦非稳腔，该凸面镜(4)和凹面镜(3)的中心连线形成非稳腔的光轴； 内圆锥面环形反射镜(501)，其设置在激光器本体(I)内，并位于所述凸面镜(4)和凹面镜(3)之间，该内圆锥面环形反射镜(501)的反射镜面呈向内凹陷的圆锥面形，且该反射镜(501)的镜体为中空的环形体；和 外圆锥面反射镜(601)，其设置在非稳腔的光轴下方，并与所述内圆锥面环形反射镜(501)相对放置，其中该外圆锥面反射镜(601)的反射镜面呈向外凸起的圆锥面形，其反射镜面中心点(Q)与环形反射镜(501)镜面中心点(P)的连线与所述非稳腔的光轴垂直； 其特征在于，经所述凹面镜(3)反射的光束一部分穿过反射镜(501)的中空镜体后传输到凸面镜(4)上，以继续振荡，另一部分入射到内圆锥面环形反射镜(501)的反射镜面上，并反射到所述外圆锥面反射镜(601)的反射镜面上，通过调节所述内圆锥面环形反射镜(501)与外圆锥面反射镜(601)沿两中心点连线(PQ)方向上的相对距离至合适大小，即可实现从所述外圆锥面反射镜(601)的反射镜面上输出实心光束。2.根据权利要求I所述的一种可输出实心光束的激光非稳腔，其特征在于，所述内圆锥面环形反射镜(501)的反射镜面与外圆锥面反射镜(601)的反射镜面具有相同的轴截面顶角，且为钝角。3.根据权利要求I或2所述的一种可输出实心光束的激光非稳腔,其特征在于,所述内圆锥面环形反射镜(501)与所述外圆锥面反射镜(601)的旋转对称轴均与所述非稳腔的光轴成45°夹角。4.根据权利要求1-3之一所述的一种可输出实心光束的激光非稳腔,其特征在于,所述的内圆锥面环形反射镜(501)的底部开有第一环形冷却水槽，带有进水口和出水口的环形水槽盖板盖在该第一环形冷却水槽上，并与所述内圆锥面环形反射镜(501)的底部密封连接。5.根据权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述的外圆锥面反射镜(601)的后部开有第二环形冷却水槽，带有进水口和出水口的圆形水槽盖板盖在该第二环形冷却水槽上，并与所述外圆锥面反射镜(601)的底部密封连接。6.一种可输出实心光束的激光非稳腔,包括 激光器本体(1)，其包含由凸面镜(4)和凹面镜(3)相对布置构成的正支虚共焦非稳腔，该凸面镜(4)和凹面镜(3)的中心连线形成非稳腔的光轴； 外圆锥面透镜(502)，其设置在激光器本体(I)外，并位于所述凸面镜(4)后方，该外圆锥面透镜(502)镜体呈柱状，镜体一端端面为平面，另一端端面呈向外凸出的圆锥面，其旋转对称轴与非稳腔的光轴在同一直线上；和 内圆锥面透镜(602)，其同轴设置在外圆锥面透镜(502)后方，该内圆锥面透镜(602)呈柱状体，面向外圆锥面透镜(502)的端面呈向内凹陷的圆锥面形，另一端面为平面，该内圆锥面透镜(602)的旋转对称轴与非稳腔的光轴在同一直线上，经所述外圆锥面透镜(502)折射后的光...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈培锋，王英，罗曦，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。