[发明专利]一种产生任意形状光斑的激光振荡器

说明书

本发明提供一种激光振荡器，采用成像系统作为谐振腔，结合异形增益介质，产生与激光增益介质形似的任意形状激光光斑，同时具有释放热应力、改善激光波前，以及避免鬼像等作用。成像系统的谐振腔可以减少高阶模的衍射损耗(高频空间信息损耗)，使得高阶模可以与低阶模无差别的在腔内形成振荡，这点与传统激光器只有低阶横模可以振荡截然不同，因此可以根据增益介质的形状产生的任意与增益介质形状相似的激光光斑。这种任意光斑形状的激光可以用于特殊激光加工或者激光医疗领域等。

技术领域

本发明涉及激光领域，尤其涉及一种产生任意形状光斑的激光振荡器。

背景技术

目前任意形状的光斑激光器一般是由端镜镀膜或者腔内/腔外插入二元光学元件产生的，这两种途径都会影响激光效率，且随着激光能量密度的提高，增益介质的热效会非常明显，例如波前畸变、热应力，导致激光光束质量下降、甚至出现应力裂纹。

发明内容

本发明基于上述传统的产生任意形状激光光斑的激光器的缺点，提出了一种产生任意形状光斑的激光振荡器，采用成像结构的激光谐振腔和异形增益介质。传统激光器由于严重的衍射损耗，导致只有低阶横模才能产生振荡，而低阶横模的位置更集中在增益介质的中间位置，因此传统的激光器不论是激光振荡器还是激光放大器，激光增益介质都不可能开孔或者异形结构。

本发明具体技术解决方案如下：

一种产生任意形状光斑的激光谐振腔，包括成像结构的激光谐振腔和异形增益介质和泵浦源组成，所述的增益介质为异形增益介质，利用异形增益介质的特殊的形状或者掺杂分布，结合成像激光谐振腔，产生与所述的异形激光增益介质形似的任意激光光斑。

所述的成像结构谐振腔是平平腔或者带有透镜或者其他二元光学元件的成像系统。一般由物面、像面和频谱面组成(4F系统)，但也可以由物面和频谱面组成(半/多4F系统)或者由物面和像面组成(平平腔)。这几种结构的成像系统，平平腔的高阶模和低阶模的损耗差异比较大，而4F系统由于透镜的引入，使得高阶模和低阶模的损耗差异缩小，各模式之间输出功率占比几乎相同。

所述的异形增益介质用于激光光子产生；是带孔结构的圆柱体或者长方体，或者其他多面体及其他形状。孔可以是各种形状，大小也可以为任意尺寸。

所述的异形增益介质，可以是任意的能产生激光的介质，包括是单晶增益介质，激光陶瓷增益介质、激光玻璃增益介质等。

所述的异形增益介质，可以是复合结构或者是带孔的复合结构。复合结构是指激光增益介质中激光掺杂离子可以是有一定分布的，例如激光增益介质中间部分不掺杂激光离子，外围掺杂；再例如激光增益介质两端的端帽是不掺杂激光离子，等等。

所述的泵浦源，用于对激光增益介质进行激励，可以采用侧面泵浦或者端面泵浦的方式。

所述的激光振荡器，其内光学元件镀膜可以根据实际情况进行选择，例如异形增益介质，更优的可以双端镀对激光有增透作用的激光膜，若选择端面泵浦结构则还可以选择镀对泵浦光也是高透的激光膜。激光反射镜上的镀膜可以是全镀反射膜，也可以根据增益介质形状进行局部镀膜

所述的激光振荡器，还包括电光开关、波片、起偏器等元件，用于调Q输出。

所述的成像结构的谐振腔，可以在频谱面调整腔内截止频率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)使用成像结构的谐振腔，成像系统的截止频率越高，所能容纳的高阶模越多，高阶模与低阶模的损耗由成像腔的结构决定，这样的成像谐振腔结构甚至允许高阶模的损耗小于低阶模的损耗，从而使得异形激光增益介质得以使用，并产生与异形增益介质形状结构高度相似的光斑形状。