[发明专利]一种环形凹面输出镜激光谐振腔

说明书

技术领域

本发明涉及激光谐振腔，具体为一种环形凹面输出镜激光谐振腔。

背景技术

在激光应用的许多场合，例如激光打孔、焊接、切割以及激光医疗等微精密加工中，都希望激光器最好能工作在发散角最小光束质量最好的基模状态。传统选模技术(如使用孔径光阑)可以使激光器输出的光束质量提高，但使用孔径光阑在很大程度上限制了模体积，增加了模损耗。

高功率激光器件设计的关键是在如何获得尽可能大的模体积和好的横模鉴别能力的同时，实现高功率单模运转，从而既能从激活物质中高效率地提取能量，又能保持高的光束质量。

常用的激光谐振腔有稳定腔、非稳腔和临界腔三种。

稳定腔的损耗很低，傍轴光线的几何偏折损耗均为零，而且只要腔的菲涅尔数不太小，衍射损耗通常也小到可以忽略，因此在绝大多数中、小功率器件都采用稳定腔。但当我们要求激光器高功率基模运行时，由于稳定腔的基模模体积太小，且与谐振腔镜面尺寸无关，这就意味着增大激活介质的横向尺寸或增大谐振腔镜面尺寸无助于基模激光光束输出功率的提高，反而容易导致激光器的多横模运转，降低输出光束的质量。

与一般稳定球面腔相比，非稳腔的波形限制能力显著提高；此外，由于振荡波形为球面波，对工作物质动态折射率畸变等影响比较不敏感，因此用于高增益激光器系统，可获得发散角相当小的高亮度输出光束。非稳腔的损耗主要是傍轴光线的发散损耗，单程的损耗很大，可达百分之几十。为获得高功率输出，工作物质的横向尺寸往往较大，因此衍射损耗可以忽略。由于腔的损耗较大，通常需采用侧面逸出输出耦合，故输出为中心空的环状光束。这种腔调整要求高，且不能用于低增益的或细口径的各类激光器系统中。

平行平面腔是临界腔中最广泛应用的一种腔型，它由一平面反射镜和一平面半透半反镜组成。平行平面腔的主要优点是：光束方向性极好(发散角小)，模体积较大，比较容易获得单模振荡。平行平面腔的主要缺点是：调整精度要求极高且容易失调，与稳定腔相比，损耗也较大，对小增益器件不大适用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种环形凹面输出镜激光谐振腔。该激光谐振腔可以在保证激光光束质量的前提下，获得大模体积和高功率输出。同时腔镜加工方便，热稳定性好，价格低廉。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种环形凹面输出镜激光谐振腔，包括反射镜、激光工作介质及输出镜，其特征在于：输出镜为环形凹面输出镜，其工作面包含一个或多个同心的环形的圆弧状凹面。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明具有输出光束质量好，发散角小，模体积大，输出功率高的特点，能同时实现高光束质量和高功率的激光输出。

(2)本发明能输出环形光束，光束中心功率密度低，可以降低由于中心功率密度过高导致的光路镜片的热变形及热破坏。

(3)本发明具有稳定腔的低损耗、不易失调的特性。调整要求低，安装、使用、维护方便，且性能可靠。容易对现有激光谐振腔进行改装，不仅能改善现有激光器的光束质量，还能提高激光器的输出功率。

(4)本发明加工方便，制造成本低。

附图说明

图1为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第一种具体实施方式的结构示意图。

图2为图1中环形凹面输出镜的右视图。

图3为图1所示激光谐振腔的输出光束示意图。

图4为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第二种具体实施方式的结构示意图。

图5为图4中环形凹面输出镜的右视图。

图6为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第三种具体实施方式的结构示意图。

图7为图6中环形凹面输出镜的右视图。

图8为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第四种具体实施方式的结构示意图。

图9为图8中同心多环凹面输出镜的右视图。

图10为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第五种具体实施方式的结构示意图。

图11为图10中同心多环凹面输出镜的右视图。

图12为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第六种具体实施方式的结构示意图。

图13为图12中同心多环凹面输出镜的右视图。

图14为本发明提供的环形凹面输出镜激光谐振腔第七种具体实施方式的结构示意图。

图15为图14中环形凹面输出镜的右视图。

图16为图14中环形凹面反射镜的左视图。

图17为本发明实施例7的输出光束示意图。