[发明专利]一种锥形相位锁定二氧化碳激光器

权利要求书

1.一种中空圆锥形放电管，所述圆锥形放电管的底部贴一圆环形凹球面全反射镜，所述圆锥形放电管的顶部被去掉以后贴一平面输出镜，所述圆环形凹球面全反射镜的曲率中心位于所述平面输出镜的内表面中心点，所述圆锥形放电管的对称轴上置有一个轴上放电管，所述轴上放电管与所述圆锥形放电管的内层管顶部连接并于该顶部实行通光通气性连接，所述轴上放电管的左端设有一个第二全反射镜，所述轴上放电管的右端与所述圆锥形放电管共用同一个所述平面输出镜；所述圆环形凹球面全反射镜与所述平面输出镜组成了一个立体折叠式第一谐振腔，即在所述圆环形凹球面全反射镜的各部分与其相对应的轴对称部分之间的光波经平面输出镜内表面反射而来回地传输，即建立了振荡，所述第二全反射镜与所述平面输出镜组成了一个第二谐振腔；所述第一谐振腔和所述第二谐振腔共用的所述平面输出镜给出的输出光束经设置在所述平面输出镜后面的会聚系统作用变为细长的会聚光束；其特征在于：所述轴上放电管激光器先被放电启动，其输出光束经所述会聚系统的第一个镜的前凹表面反射会聚进入所述平面输出镜，并在所述平面输出镜的内表面中心点处形成一束腰极小的近似的点光源，从而控制了所述圆锥形放电管激光器的振荡，使述圆锥形放电管激光器的各部分光波间的相位得到锁定，从而输出位相锁定的光束。

2.根据权利要求1所述的中空圆锥形放电管，其特征在于：所述轴上放电管激光器左端的所述第二全反射镜曲率半径较大，使得振荡光束有很长的瑞利长度，从而在近场有平行度很好的光束，并有较大的光束半径，从而使该光束在所述会聚系统的第一镜的前凹表面处横向尺寸与中空圆锥形放电管的谐振腔的锥形输出光束横向尺寸相当。

3.根据权利要求1所述的中空圆锥形放电管，所述圆锥形放电管的放电区的内外层锥管都是带水冷的金属管。

4.根据权利要求1所述的中空圆锥形放电管，所述圆锥形放电管的放电区的内层锥管是带水冷的金属管，外层锥管也可以是带水冷的并且每平方厘米均有一放电阴极针的石英玻璃管。

5.一种中空圆锥管相位锁定二氧化碳激光器装置，包括中空圆锥形放电管(2)、圆环形球面全反射镜(1)、平面输出镜(5)、轴上放电管(7)、位于所述轴上放电管(7)左端的凹面全反射镜(6)、位于所述平面输出镜(5)后面会聚系统(17)、会聚系统(17)的第一镜的前凹面部分反射面和光源(19)；所述圆环形球面全反射镜(1)与所述中空圆锥形放电管(2)的左端连接，所述平面输出镜(5)与所述中空圆锥形放电管(2)的右端连接，所述凹面全反射镜(6)与所述轴上放电管(7)左端连接，所述轴上放电管(7)的右端与柯阀管(10)连接，所述柯阀管(10)右端与双密封法兰(11)连接，所述双密封法兰(11)再与硬质黄铜管(12)连接，所述硬质黄铜管(12)的右端再与所述中空圆锥形放电管的内层锥管(4)顶部的开口处连接并形成接口(13)，阳极(8)与轴上放电管(7)左端连接，阴极(9)与所述轴上放电管(7)的右端连接，所述会聚系统(17)位于所述平面输出镜(5)之后并与所述中空圆锥形放电管(2)同轴；所述会聚系统(17)所述的第一镜的前表面(16)为部分反射的凹球面，所述中空圆锥形放电管(2)的内层锥管(4)是带水冷的铜管，并作为电源的一个注入电极，所述中空圆锥形放电管(2)的外层管(3)为带水冷的铜管或带风冷的每平方厘米均有一放电阳极针的石英玻璃管；当内外层均为带水冷的金属管的装置时则电源(19)采用射频电源，电能通过内外层注入；当内层管为带水冷的金属管而外层管为石英玻璃管的装置则电源(19)采用直流电源，内层管为总阴极，外层石英玻璃管上的阳极设计为阳极；其特征在于：所述轴上放电管和所述凹面全反射镜(6)、所述平面输出镜(5)构成的所述轴上激光器产生一个在输出近场平行度很高的高斯光束，该高斯光束经所述会聚系统(17)的第一镜的前表面的凹面的部分反射并经所述平面输出镜透射到所述平面输出镜内表面中心会聚为一个近似的点光源，然后在发散传输到中空锥形放电区并到达该放电区的左端的所述圆环形球面全反射镜(1)，并且其等位相面与所述圆环形球面全反射镜(1)的曲率半径一致，经所述圆环形球面全反射镜(1)各局部反射并且传回到所述平面输出镜内表面中心，由于所述圆环形球面全反射镜(1)的各相应局部有对称关系，故光波在各对称的相应局部之间经所述平面输出镜内表面反射而来回传输形成轴上单管激光器所控制的振荡光波，所述振荡光波在所述平面输出镜(5)处的透射即为相位锁定的锥形输出光束(15)，经所述会聚系统(17)会聚后获得极细的相干光束。