[实用新型]一种多程式大功率横流CO2激光器谐振腔

说明书

技术领域

本实用新型属于激光技术领域中涉及的一种大功率横流CO₂激光器的谐振腔。

技术背景

大功率横流CO₂激光器输出模式质量差，长期以来一直是限制其应用和发展的一个重要问题。为解决这一问题，此前多采用在腔内插入光阑或小孔偶合的方法，虽然可相对简单和有效地实现激光输出模式的改善，但由于实际上减小了参与激光振荡的模体积，大大降低了激光器的转换效率，所以只有对激光功率要求不高，且不考虑转换效率的情况下才会采取此方法选模。目前已有几种折叠式多程谐振腔结构设计，与本实用新型最为接近的已有技术是由华中理工大学激光技术国家重点实验室的卢宏等人提出的，发表于《激光杂志》1999年第20卷第1期，如图1所示。该谐振腔结构包括全反射镜1、第一平面折叠反射镜2、放电增益区3、第二平面折叠反射镜4和输出镜5。此结构的设计较好地解决了光阑或小孔偶合法带来的有效模体积减小、效率严重降低的问题，提高了激光输出模式质量。但这种谐振腔的结构设计，对第一平面折叠反射镜2和第二平面折叠反射镜4的加工及腔镜的整体装调的精度要求都非常高，而且在使用中很难消除寄生振荡对输出模式的影响(寄生模是由于输出镜5与第一平面折叠全反镜2、第二平面折叠全反镜4形成振荡，或第一平面折叠反射镜2与第二平面折叠反射镜4之间形成振荡而生成的模)。由此，我们想到利用多程室的原理可实现大功率横流CO₂激光器输出模式的改善。多程室(Multiple-pass cell)的概念，起源于1954年Pirce对周期性的聚焦系统中近轴光线传播的分析及在电子束传播中的应用。1963年，Herriott开始了此技术在光学领域的应用研究，利用He-Ne激光器验证了球面和象散谐振腔的多程几何形状，指出多程干涉仪在长光程吸收和激光放大器的研究方面具有潜在的应用价值，还可用于精确地测量反射镜的反射率，并暗示其可作为光学延迟线性存储器用于进行数据的存储和处理。70年代末这一技术成功地应用于受激拉曼散射(SRS)，这也是目前被广泛使用的实现受激拉曼散射获得可调谐红外激光的方法。

多程室的工作原理结构如图2所示，它由相对放置的球面反射镜6和球面反射镜7组成。球面反射镜6上开有第一小孔8，球面反射镜7上开有第二小孔9，假设一束光通过球面反射镜6上的第一小孔8入射到腔内，在腔内形成震荡，每次往返后光束在球面反射镜6和球面反射镜7面上与光轴都会发生偏移和偏转，从而使光线沿着反射镜表面以正弦曲线运动的方式行进，其振幅取决于初始情况，偏转角取决于谐振腔的参数g值(参见Multiple-pass Raman gain cell，APPLIED OPTICS/vol.19.No.2/15January 1980)。

发明内容

为克服已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可有效利用模体积，激光输出模式好，结构简单，调整方便，适用于大体积放电的大功率横流CO₂激光器的需要，特设计一种谐振腔结构。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种多程式大功率横流CO₂激光器谐振腔。解决技术问题的技术方案如图3所示，包括第一球面反射镜10、第一球面反射镜模板11、第一通光孔12、第一布氏窗13、放电增益区14、第二布氏窗15、第二球面反射镜模板16、第二通光孔17、第二球面反射镜18和输出平面反射镜19。第一球面反射镜10和第二球面反射镜18的反射面相对安装，在第一球面反射镜模板11和第二球面反射镜模板16上根据光束往返次数设计要求的位置，分别开有第一通光孔12和第二通光孔17，两个球面反射镜膜板上的通光孔在球面反射镜膜板的边缘部位呈圆周形均匀分布，此时的有效激光模体积为最大值，第一球面反射镜10与第一球面反射镜模板11，第二球面反射镜18与第二球面反射镜模板16的曲率半径分别相同，带有第一通光孔12的第一球面反射镜膜板11与第一球面反射镜10的反射面紧密接触，带有第二通光孔17的第二球面反射镜膜板16与第二球面反射镜18的反射面紧密接触；在第一球面反射镜10和第一球面反射镜模板11的右侧置有第一布氏窗13，在第二球面反射镜18和第二球面反射镜模板16的左侧置有第二布氏窗15，该两个布氏窗之间是放电增益区14；输出平面反射镜的反射面与谐振腔的光轴成一定角度安装，激光通过反射镜膜板上的通光孔露出部分的第一球面反射镜10和第二球面反射镜18表面依次反射后，由输出平面反射镜19射出腔外。