[实用新型]环形射频谐振腔激励的径向波激光器

说明书

本实用新型的环形射频谐振腔激励的径向波激光器(以下简称为径向波激光器)是一种以径向波受激振荡为特征的新型射频放电激励的激光器。

已有技术中，自激光器问世以来，有效激光增益介质基本上采用棒状结构，光学谐振腔设置在棒状增益介质的轴线上。当增益介质被泵浦激活时，产生的激光沿增益介质的轴线纵向传输振荡。不管是气体激光器、液体激光器或是固体激光器大都如此。

最近发展起来的扩散冷却型横向射频激励的板条状二氧化碳气体激光器提出面积放大结构，已在770×95×2mm²的激活体积上取得1kW以上的激光功率(对比文献[1]A.D.Colley，H.J.Boker and D.R.Hall，Appl.Phys.Lett.，1992，61(2)：136)，具有很大的工业应用潜力。但是此种激光器的增益介质在垂直光轴的腔平面上的水平尺寸(95mm)和垂直尺寸(2mm)之比为47倍之多。如果采用全斑输出，激光束的横截面的宽高比也接近47倍，并且激光不是低阶模工作，光束的均匀性、方向性及轴对称性均较差，难以实用。就是采用二维曲率不同的全反射镜不稳定腔，由侧面输出激光，其光束截面的宽高比可以压缩至12左右，光束的轴对称性仍很差，必须用外部的复杂光学系统提高激光束对称性才能实用。而且这种结构的机械和光学加工很困难，光学元件的质量难以保证，调整和使用也很麻烦。为提高板条状波导激光器激光输出的空间均匀性，提高输出光束的光学质量和相干性，D.R.Hall等采用腔内空间周期调制结构[对比文献[2]“Slab Waveguide Laser”，U.S.Pat 5,608,745mar.4.1997]。这不仅增加了腔内损耗而且无益于输出激光对称性的提高，对改善实用性无太大的好处。

为了提高射频激发CO₂激光器输出光束的对称性和减小光斑尺寸，E.F.Yelden等提出了径向套叠的CO₂激光器列阵系统[对比文献[3]“symmetry enhancementand spot-size reduction through radial beam stacking in a multichannel CO₂ laserarray.E.F.Yelden，S.W.Scott，J.D.Strohschein，H.J.J.Seguin，C.E.Capjack and H.W.Reshef，IEEEJ.Q.E.，1994，30(8)：1868～1875]。这种结构可以提高激光输出光束的对称性，但对激光的相位锁定、相干性和光束质量的提高不利，同时加工也很困难，不便实用。

可见板条状激光器及其列阵系统各有其优点和缺点，但是无法统一优点，不能促进实用。

本实用新型的目的就是提供一种既能有较高激光输出功率、有较好相干性的低阶模振荡，又有均匀对称的激光输出光束的实用的激光器。本实用新型提出的径向波激光器能确保在低阶模上受激振荡，因此具有良好的相干性和均匀性。其单基模工作的模体积可以比已有技术的棒状结构激光器的单基模体积提高两个数量级，因此将有较高的单模激光输出功率。并可以获得良好的输出光束的对称性和方向性，将非常有利于实际应用。

本实用新型的环形射频谐振腔激励的径向波激光器结构的轴平面剖视图如图1所示。它主要含有环形的射频谐振腔1，置于射频谐振腔1内的激光工作物质7，置于射频谐振腔1内有环形激光谐振腔主反射器2。由环形激光谐振腔主反射器2构成径向波激光谐振腔8，径向波激光谐振腔8、环形的射频谐振腔1和环形激光谐振腔主反射器2均共中心轴线(OO)，在环形的射频谐振腔1中间是平面垂直于射频谐振腔1的中心轴线OO相互平行的二个电容性圆形平板6，两电容性圆形平板6之间是放电空间5，放电空间5与环形谐振腔主反射器2的径向平面平行且对称。

在两电容性圆形平板6的中心位置，与环形激光谐振腔主反射器2同中心轴线OO地分别置有激光耦合反射器3和激光输出耦合镜4。