[发明专利]一种多种横模的高功率中红外激光产生装置及产生方法

说明书

一种多种横模的高功率中红外激光产生装置及产生方法，第一平凸镜将泵浦源产生的激光准直聚焦到第二平凸镜；第二平凸镜将经过第一平凸镜聚焦的光束准直聚焦到锥透镜，经过锥透镜产生的环形光束经过第三平凸镜后聚焦到由输入耦合镜和输出耦合镜构成的激光谐振腔，经过激光增益介质的激光产生粒子数反转，部分激光通过输出耦合镜输出获得高功率中红外激光；所述的激光增益介质与一维精密电动位移台A固定，一维精密电动位移台A能够沿着激光传播轴线移动。本发明能够自动切换和实现高功率环形涡旋光束、平顶高斯光束、基模高斯光束等多种高阶横模光束的输出，解决当前激光输出模式的单一化、输出激光功率低、相位控制能力差的问题。

技术领域

本发明涉及一种中红外激光产生装置，具体是一种多种横模的高功率中红外激光产生装置及产生方法，属于高功率中红外激光技术领域。

背景技术

基横模激光由于高亮度和良好的方向性，在激光加工中应用最为广泛。然而，高阶模式的激光由于具有更多的信息量及自由度最近引起了学界和产业界的广泛关注。涡旋光束作为一种典型的高阶模式，在空间表现为环形分布，而且还具有轨道角动量特性，可以用于微观粒子或原子之间角动量的传递，近年来在多光阱光镊、微纳加工以及高效、高精度激光加工方面表现出了十分诱人的应用前景。上海交通大学博士论文“涡旋光束腔内产生技术与应用研究”中提到科学家们将涡旋光操控拓展到了三维空间，实现了对微纳粒子的三维操控；涡旋光束还可以用于超分辨的显微成像、光涡旋通信、量子通信领域等。电子科技大学硕士论文“理想平顶光束的产生以及应用”中提到平顶光束在激光材料处理及相互作用研究、光纤注入系统、光学数据及图像处理、光刻、激光材料热加工、微操纵，光学生物医学和军事等领域都有广泛的应用。

中国发明专利2010年8月4日公开了一种公开号为CN101794962A的“一种自适应高阶横模激光相干合成装置”，由固体激光器输出的高阶横模激光经光束匹配系统扩束后入射到变形镜上，经变形镜反射的光束再依次经过分光反射镜、衰减系统、聚焦透镜，汇聚在焦点位置的CCD相机，通过驱动变形镜产生相应的形变，补偿高阶横模激光整体波前相位中的畸变、补偿高阶横模激光各节线两侧旁瓣π相位跃变、提升高阶横模激光的相干特性和可聚焦能力；中国发明专利2016年3月2日公开了一种公开号为CN 05375250A的“一种原子-腔耦合产生高阶横模的方法及装置”，在由原子汽室和驻波腔耦合的系统中，当一对强的相干耦合场对射穿过腔内原子介质时，腔内介质对弱的腔模场的折射率产生调制，从而诱发高阶横模的产生。

由于高阶模式的复杂性和内在的不稳定性，使得纯净高阶模式的产生和调控成为现在的难题。现有采用的打孔镜、中空光纤、锥形折射环形镜等手段较好的解决了单一高阶模式的产生问题，但与本身采用了复杂的器件和系统，难以有效实现多种高阶横模的同时产生和切换，特别是在2um中红外激光领域，该波段激光产生量子效率低，高功率激光系统的废热十分严重，进一步增加了高级模式调控的复杂性。梳理10年来研究人员对高阶模式不稳定的研究，理论尚有进一步完善的空间，基于高阶横模的高功率激光技术还有待提高。

聚焦到激光加工领域，激光光源仍存在一系列问题：首先是激光的模式单一，普遍追求高斯分布的单模，限制了功率的提升，高斯模式不利于激光加工，工业上平顶光束加工效果更优；其次能够产生高阶模式的方式，比如空间光调制器(SLM)，损伤阈值低，不能产生高功率，尤其在中红外波段，SLM器件不成熟，模式控制方式复杂；最后是现有方法产生的环形光和平顶光的大部分为非相干光，IPG Photonics公司采用的腔外整形方法，毛玻璃或毛细管，相位控制能力差。

发明内容

本发明的目的是提供一种多种横模的高功率中红外激光产生装置及产生方法，能够自动切换和实现高功率环形涡旋光束、平顶高斯光束、基模高斯光束等多种高阶横模光束的输出，解决当前激光输出模式的单一化、输出激光功率低、相位控制能力差的问题。

为了实现上述目的，本发明提供的一种多种横模的高功率中红外激光产生装置，包括用于提供水平方向激光的泵浦源，还包括沿着激光方向同轴布置的第一平凸镜、第二平凸镜、锥透镜、第三平凸镜、输入耦合镜、激光增益介质、输出耦合镜；