[发明专利]一种输出空心激光光束的方法和装置

权利要求书

1.一种输出空心光束的方法，通过将实心泵浦光整形为空心泵浦光后，再利用耦合系统将泵浦光耦合进入激光谐振腔，以轴向端面泵浦的方式，在增益介质中形成中空形式的增益区，通过激光振荡，实现空心激光光束的直接输出，具体步骤如下：

(1)激光器产生的实心光束，经整形系统整形为中空的环形泵浦光；

(2)该中空的环形泵浦光，沿光轴入射到耦合系统，该耦合系统将所述环形泵浦光变换成合适直径大小的空心光束；

(3)该空心光束从激光谐振腔的一端面耦合进入谐振腔，对激光器增益介质进行泵浦，通过相位控制使得所述谐振腔中的增益介质吸收泵浦光产生连续的空心激光输出。

2.根据权利要求1所述的输出空心光束的方法，其特征在于，所述连续的空心激光通过连续改变入射光束的相位，使得谐振腔内只有一种相位模式能够持续振荡而实现。

3.根据权利要求2所述的输出空心光束的方法，其特征在于，所述入射光束相位的连续改变通过一设置在谐振腔中的螺旋相位板实现，该螺旋相位板为光学厚度与旋转方位角成正比的相位衍射光学元件。

4.一种输出空心光束的装置，用于实现将实心泵浦光变换为连续的空心泵浦光束，其特征在于，该装置包括：

整形系统（2），其设置在输入的实心光束后，用于将该实心光束整形为空心光束；

泵浦光耦合系统（3），其沿光路设置在所述整形系统（2）后，用于将所述空心光束变换成合适直径大小的空心光束；

激光谐振腔（4），其沿光路设置在所述耦合系统（3）后，所述合适直径大小的空心光束从该激光谐振腔（4）的一端面耦合进入谐振腔，对激光器增益介质进行泵浦，通过相位控制使得所述谐振腔中的增益介质吸收泵浦光产生连续的空心激光输出。

5.根据权利要求4所述的输出空心光束的装置，其特征在于，所述整形系统（2）由外圆锥面反射镜（201）和与之同轴放置的具有相同顶角的环形中空内圆锥面反射镜（202）构成，即外圆锥面反射镜（201）的发射面与环形中空内圆锥面反射镜（202）的反射面平行，入射光光轴与外圆锥面反射镜（201）和环形中空内圆锥面反射镜（202）的旋转对称轴重合，光束从外圆锥面反射镜（201）处入射，反射光为以光轴为中心的发散环形光束，其经环形中空内圆锥面反射镜（202）反射后，以与最初进入整形系统的入射光束平行的方式出射，即为与光轴平行的空心光束。

6.根据权利要求4所述的输出空心光束的装置，其特征在于，所述整形系统（2’）由内圆锥面反射镜（203）和与之相对放置的具有相同顶角的外圆锥面反射镜（204）构成，该内圆锥面反射镜（203）旋转对称轴与入射光束光轴成135°夹角，外圆锥面反射镜（204）的旋转对称轴与内圆锥面反射镜（203）旋转对称轴平行，内圆锥面反射镜（203）与外圆锥面反射镜（204）顶点连线与入射光束光轴垂直。

7.根据权利要求4所述的输出空心光束的装置，其特征在于，所述整形系统2’’由内圆锥面透镜（205）和与之同轴放置的具有相同顶角、相同折射率的外圆锥面透镜（206）构成，两透镜均是一侧为平面，一侧为圆锥面的镜体结构，其中圆锥面的旋转对称轴与平面垂直，且与入射光束的光轴同轴。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的输出空心光束的装置，其特征在于，所述端面泵浦耦合通过球面透镜组合或者柱面透镜组合进行耦合、由自聚焦透镜进行耦合或通过光纤耦合实现。

9.根据权利要求5-8中任一项所述的输出空心光束的装置，其特征在于，所述激光谐振腔（4）包括沿光轴依次设置的镜片（401）、螺旋相位板（402）、增益介质（403）、焦距均为f的两柱面镜（404、406）构成的柱面镜系统以及设在两柱面镜（404、406）之间与两柱面镜的距离均为f的镜片（405），光束从所述镜片（401）入射，在该镜片（401）和镜片（405）之间来回振荡，其中所述光束每通过一次螺旋相位板（403），相位因子就会增加使得只输出单一相位模式的单一高阶光束，从而形成连续的空心光束。

10.根据权利要求5-8中任一项所述的输出空心光束的装置，其特征在于，所述增益介质（403）为YAG棒。