[其他]阑孔非稳腔

说明书

本发明属于激光谐振腔领域。

大功率横向激励气体激光器由于增益区截面积较大，往往采用大口径镜片组成的谐振腔耦合输出，但由于其衍损耗较小，而无法抑制高阶模振荡，因此输出光束的发散角很大，给激光加工带来了致使弱点。

目前，通常采用的方法是光阑选模法、多折腔和非稳腔。光阑选模法因损失了大部分增益区，所以造成输出功率大幅度下降;多折腔是利用增加有效腔长来提高衍射损耗，从而达到抑制高阶模的目的，但结构复杂、难以调整，输出功率也有较大幅度的下降;共焦非稳腔能实现腔内基模振荡，并能充分利用增益区，但仅能输出空心平面波，但这种光束在其远场分布中除了中心主极大外，还存在着多阶次极大，给激光加工带来了不利因素，且因非稳腔采用的是侧向输出，所以结构复杂、难以调整。

为了解决上述不足，本发明提出了一种阑孔非稳腔，采用轴向耦合输出方式，既能实现腔内基模振荡，充分利用增益区，又能实现实心模输出。由腔内的基模输出方式，使远场具有距离可调双焦点。

本发明的内容包括：

由凹面全反镜、环形全反镜、凸面输出镜构成阑孔共焦非稳腔。凹面全反镜与环形全反镜、凸面输出镜位于同光轴，凸面输出镜的内曲率半径R₂与外曲率半径R₃相等。该腔内振荡的基模输出方式可以是输出平面波与输出会聚球面波，其远场具有距离可调的双焦点。该腔输出方式可以采用轴向输出，可获得实心的光束近场。

本发明的优点在于：

1.采用光阑选模法获得的基模或类基模的输出功率约为相应多模稳腔的40%-45%;用多折腔所能获得的基模或类基模的输出功率约为相应多模稳腔的60%左右;用传统非稳腔所能获得的功率约为相应多模稳腔的65%左右。而阑孔非稳腔所能输出的基模功率是多模稳腔的65%以上，远场处的最小光斑面积则只有多模稳腔的九分之一，因而相应的功率密度提高了约5-6倍。

2.本发明具有双焦点的远场特点。因此，为激光加工如：打孔、切割、深焊等提供了一项新技术，且对提高切缝光洁度、提高加工速度均有好处。

3.本发明的光电效率与共焦非稳腔相当，但有更好的远场分布及近场分布，其远场发散角约为1.7毫弧度。而传统稳腔输出的激光的发散角为5.7毫弧度，因此明显改善了光束质量。

4.本发明结构简单，成本较低，易于调整。

附图说明及发明实施：

图1为一种阑孔非稳腔结构图。

这种阑孔非稳腔是在共焦非稳腔的基础上，用一环形全反镜（2）将即要输出的环状平面波全部反射回腔内，再经腔内往返振荡多次，再从凸面输出镜（3）中心透射区耦合输出，这时光阑的等效孔径相当于图中的ω₀。光阑外的增益区（8）通过镜片口径M的选择，可被全部利用。由于腔内激光存在两个振荡方向，所以腔内自左向右振荡的平面波（6）输出一个口径为ω₀的实心平面波（4），腔内自右向左振荡的平面波（7）经凹面全反镜（1）反射后，输出口径为ω₀的实心会聚球面波（5），二者在远场处的焦点不重合，从而为激光加工提供了双焦点特点。为了避免凸面输出镜内反射对腔内模式的不良影响，该凸面输出镜（3）的内、外曲率半径必须相等，即R₂＝R₃。

图2（a）为阑孔非稳腔输出的近场图。

实验表明它是均匀蜂窝状的光强分布，与传统的各类谐振腔不同。

图2（b）为阑孔非稳腔的光束远场分布图。

其中两种波的远场相互叠加，图中△为双焦点距离。

图2（c）为阑孔非稳腔失谐时光束的远场分布图。这时两种波的远场分布错开而无法重叠。

图2（d）为阑孔非稳腔的输出激光在远场中的最小光斑尺寸，其中直径为d₁。

图2（e）为相应稳腔多模输出在远场处的最小光斑尺寸，其中直径为d₂。

实验表明：d₁≈d₂/3，即可大大提高激光的聚焦特性。

阑孔（共焦）非稳腔适用于大体积放电的气体激光器，尤其适用于大功率横向激励连续CO₂激光器。