[其他]闌孔非穩腔

無效

• 申請號: 87100271
• 申請日: 1987-01-13
• 公開（公告）號: CN87100271B
• 公開（公告）日: 1988-10-05
• 發明（設計）人: 張宗真;丘軍林;龔志偉;孫書華;唐宗化
• 申請（專利權）人: 華中工學院
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08
• 代理公司: 華中工學院專利事務所
• 代理人: 狄唯菁,方放

本發明屬于激光諧振腔領域。

大功率橫向激勵氣體激光器由于增益區截面積較大，往往采用大口徑鏡片組成的諧振腔耦合輸出，但由于其衍損耗較小，而無法抑制高階模振蕩，因此輸出光束的發散角很大，給激光加工帶來了致使弱點。

目前，通常采用的方法是光闌選模法、多折腔和非穩腔。光闌選模法因損失了大部分增益區，所以造成輸出功率大幅度下降;多折腔是利用增加有效腔長來提高衍射損耗，從而達到抑制高階模的目的，但結構復雜、難以調整，輸出功率也有較大幅度的下降;共焦非穩腔能實現腔內基模振蕩，并能充分利用增益區，但僅能輸出空心平面波，但這種光束在其遠場分布中除了中心主極大外，還存在著多階次極大，給激光加工帶來了不利因素，且因非穩腔采用的是側向輸出，所以結構復雜、難以調整。

為了解決上述不足，本發明提出了一種闌孔非穩腔，采用軸向耦合輸出方式，既能實現腔內基模振蕩，充分利用增益區，又能實現實心模輸出。由腔內的基模輸出方式，使遠場具有距離可調雙焦點。

本發明的內容包括：

由凹面全反鏡、環形全反鏡、凸面輸出鏡構成闌孔共焦非穩腔。凹面全反鏡與環形全反鏡、凸面輸出鏡位于同光軸，凸面輸出鏡的內曲率半徑R₂與外曲率半徑R₃相等。該腔內振蕩的基模輸出方式可以是輸出平面波與輸出會聚球面波，其遠場具有距離可調的雙焦點。該腔輸出方式可以采用軸向輸出，可獲得實心的光束近場。

本發明的優點在于：

1.采用光闌選模法獲得的基?；蝾惢５妮敵龉β始s為相應多模穩腔的40%-45%;用多折腔所能獲得的基?；蝾惢５妮敵龉β始s為相應多模穩腔的60%左右;用傳統非穩腔所能獲得的功率約為相應多模穩腔的65%左右。而闌孔非穩腔所能輸出的基模功率是多模穩腔的65%以上，遠場處的最小光斑面積則只有多模穩腔的九分之一，因而相應的功率密度提高了約5-6倍。

2.本發明具有雙焦點的遠場特點。因此，為激光加工如：打孔、切割、深焊等提供了一項新技術，且對提高切縫光潔度、提高加工速度均有好處。

3.本發明的光電效率與共焦非穩腔相當，但有更好的遠場分布及近場分布，其遠場發散角約為1.7毫弧度。而傳統穩腔輸出的激光的發散角為5.7毫弧度，因此明顯改善了光束質量。

4.本發明結構簡單，成本較低，易于調整。

附圖說明及發明實施：

圖1為一種闌孔非穩腔結構圖。

這種闌孔非穩腔是在共焦非穩腔的基礎上，用一環形全反鏡（2）將即要輸出的環狀平面波全部反射回腔內，再經腔內往返振蕩多次，再從凸面輸出鏡（3）中心透射區耦合輸出，這時光闌的等效孔徑相當于圖中的ω₀。光闌外的增益區（8）通過鏡片口徑M的選擇，可被全部利用。由于腔內激光存在兩個振蕩方向，所以腔內自左向右振蕩的平面波（6）輸出一個口徑為ω₀的實心平面波（4），腔內自右向左振蕩的平面波（7）經凹面全反鏡（1）反射后，輸出口徑為ω₀的實心會聚球面波（5），二者在遠場處的焦點不重合，從而為激光加工提供了雙焦點特點。為了避免凸面輸出鏡內反射對腔內模式的不良影響，該凸面輸出鏡（3）的內、外曲率半徑必須相等，即R₂＝R₃。

圖2（a）為闌孔非穩腔輸出的近場圖。

實驗表明它是均勻蜂窩狀的光強分布，與傳統的各類諧振腔不同。

圖2（b）為闌孔非穩腔的光束遠場分布圖。

其中兩種波的遠場相互疊加，圖中△為雙焦點距離。

圖2（c）為闌孔非穩腔失諧時光束的遠場分布圖。這時兩種波的遠場分布錯開而無法重疊。

圖2（d）為闌孔非穩腔的輸出激光在遠場中的最小光斑尺寸，其中直徑為d₁。

圖2（e）為相應穩腔多模輸出在遠場處的最小光斑尺寸，其中直徑為d₂。

實驗表明：d₁≈d₂/3，即可大大提高激光的聚焦特性。

闌孔（共焦）非穩腔適用于大體積放電的氣體激光器，尤其適用于大功率橫向激勵連續CO₂激光器。