[发明专利]折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，特别是一种采用折叠式激光谐振腔的横向激励大气压二氧化碳激光器(TEACO₂激光器)。

背景技术

折叠式激光谐振腔已广泛应用于直管式放电CO₂激光器中。通过折叠式谐振腔将多个放电管在光路上串联起来，从而使激射媒质的体积和增益长度倍增，达到提高输出功率的目的。然而对于TEACO₂激光器尚未有人采用折叠式谐振腔。为了提高TEACO₂激光器的脉冲输出能量和输出功率，通常的做法是增大正方形放电截面的面积，即同时增大放电电极之间的间距和电极宽度。TEACO₂激光器的增益系数(单位长度的增益)很高，通常无需通过折叠式谐振腔来使腔的总增益倍增。实际上，如果在增益区内设置多个转折镜，容易形成自激振荡，引起功率损耗和镜片损坏等麻烦。

随着TEACO₂激光器的应用范围不断扩大，对激光器的输出参量的要求也日益多样化。例如，对脉冲宽度就有不同的要求。典型的TEACO₂激光器的脉冲输出波形是由大约0.1微秒的尖峰和1微秒的拖尾组成。但是，在许多应用条件下，要求有较宽的脉冲宽度，这就必然导致增益系数相应地下降。又如，TEACO₂激光器虽然具有在9至11微米波长范围内的近百条谱线调谐的能力(line tunable)，但是对于不同的谱线，增益系数差别很大。对于增益系数较低的那些谱线，激光谐振腔的能量提取效率下降，从而使输出功率进一步降低。此外，通常大口径TEACO₂激光器的输出光束质量不高。即使采用非稳定腔，往往也很难得到理想的光斑。

发明内容

本发明的目的是提供一种折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器(TEACO₂激光器)，具有高重复频率、高平均功率，其在截面为矩形的放电区设置折叠式激光谐振腔，使增益长度倍增，这提高了激光器的输出能量和功率，并改善激光器的光束质量。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

一种折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，包括主放电电极、预电离器、激光谐振腔、风机、导流板、冷却器、密封圆筒、充排气系统、脉冲电源；其主放电区的截面为矩形，矩形截面的高度为H，宽度为W，高度与宽度之比H/W大于1或小于1，与矩形放电截面相匹配的激光谐振腔为折叠式谐振腔，折叠腔包括输出耦合镜、转折镜和后全反射镜。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其所述主放电矩形截面的H/W之比为2或1/2时，与矩形放电截面相匹配的折叠腔的折叠次数为3，转折镜数目为2。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其所述主放电矩形截面的H/W之比为3或1/3时，与矩形放电截面相匹配的折叠腔的折叠次数为5，转折镜数目为4。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其所述折叠腔的输出耦合镜为凹球面镜，转折镜为平面镜或凹球面镜，后全反射镜为平面镜或凹球面镜或反射式衍射光栅。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其所述折叠腔的输出耦合镜为平面镜，转折镜和后全反射镜中至少有一个为凹球面镜，其余为平面镜。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其所述后全反射镜或为反射式衍射光栅。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其所述折叠腔的后全反射镜采用反射式衍射光栅时，激光输出波长可以调谐。

所述的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，其激光气体为CO₂、N₂和He的混合气体，或在CO₂、N₂和He的混合气体中搀有少量H₂和CO气体，总气压在50～1200mbar之间。

本发明的折叠腔横向激励大气压二氧化碳激光器，能同时满足应用中对高平均输出功率、较宽的激光脉冲宽度、高光束质量和波长可调谐的需求，在激光加工、激光雷达、大气环境监控、激光化学等领域有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的一种折叠腔TEACO₂激光器结构示意图；

图2是折叠式谐振腔示意图；

图3是可调谐折叠式谐振腔示意图。

具体实施方式

为进一步说明本发明的特征及结构，以下结合附图对本发明作详细描述。