大功率低階模輸出特殊結構諧振腔的製作方法
2024-02-10 01:53:15
專利名稱：大功率低階模輸出特殊結構諧振腔的製作方法
技術領域：
本發明提供一種大功率低階模輸出特殊結構諧振腔，屬於雷射技術領域。
背景技術：
在《中國雷射》期刊(2000年VOl.A27，No.6)《定向稜鏡諧振腔的特性研究》一文中，定向稜鏡是全反射鏡，雷射棒一端鍍部分反射膜的平而為輸出鏡。由於定向稜鏡腔內為平行光場，全內平行反射，能克服工作物質內部折射率、密度、應力等不均勻分布，使增益趨於均勻，光場分布均勻，能改善光束質量，抗失調能力強，穩定性高。
現有定向稜鏡諧振腔，存在兩方面的問題嚴重限制低階模輸出功率上限首先諧振腔結構形式，與雷射束特性不匹配、與壓差引起機械變形不相適應，導致雷射束髮生模式畸變；其次是腔鏡參數國內外由經驗確定，腔鏡熱變形及機械變形總和，不滿足雷射束不發生模式畸變的條件，必然導致雷射束產生模式畸變。由於上述兩個原因導致雷射束髮生嚴重的模式畸變，大幅度降低低階模輸出功率上限，不能實現大功率低階模輸出。
我國定向稜鏡諧振腔，從美國等國家引進技術。從國外大功率CO2雷射器商品來看，最高低階模輸出功率上限為3KW，低階模輸出功率偏低。在造船業、坦克工業、飛機及宇航業、重型機械等工業雷射焊接、雷射切割和雷射熱處理等不能滿足優良雷射加工要求。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種大功率低階模輸出特殊結構諧振腔。
本發明涉及兩項發明技術，解決現有技術存在問題1、採用高斯特徵腔結構，使諧振腔的結構形式，與雷射束特性相匹配、與機械變形相適應，解決現有技術腔結構存在的問題。
雷射束特性由《矩陣光學》等理論可以確定(大連理工大學出版社，1989年12月，300～312)。任何雷射器，雷射束特性為高斯光束。即光軸處峰值功率為最高，遠離光軸處峰值功率越來越低。雷射功率引起腔鏡熱變形應按高斯規律變化，熱變形其它表達方式不是客觀規律的反映。因此，諧振腔的結構形式，應具有高斯特徵，雷射束不會發生模式畸變。由於輸出鏡的結構形式，對雷射束模式畸變的影響，遠遠大於全反射鏡，故本發明輸出鏡的結構形式採用高斯特徵。
對於氣體雷射器，存在壓差引起機械變形特性，由《材料力學》理論可以確定(鐵摩辛柯著，汪一麟譯，科學出版社，1979年10月，68～85)。腔鏡存在壓差而受力，將引起機械變形，按撓度規律變化。即腔鏡中心光軸處，受力最大機械變形最大，遠離中心光軸處，受力越來越小機械變形越來越小。由於機械變形撓度斜率大於熱變形撓度斜率，因此諧振腔的結構形式，應與雷射束特性相匹配、與機械變形相適應，雷射束不會發生模式畸變。
2、發明了理論公式，腔鏡參數由理論公式計算確定，使腔鏡熱變形及機械變形總和，滿足雷射束不發生模式畸變條件，使雷射束不會產生模式畸變，解決腔鏡參數由經驗確定所存在的問題。
腔鏡參數，按下列理論公式計算確定，雷射束不會發生模式畸變最大厚度 最小厚度 其中μ—材料泊松比a—材料線膨脹係數E—材料楊氏模量 K—基底材料導熱係數B—基底材料吸收係數 β膜-—鍍膜材料吸收係數PL—雷射器輸出功率λ—雷射波長R—腔鏡半徑 r—鏡某一點距中心光軸處距離稜鏡厚度、對稱雙凸鏡的最大厚度，按最大厚度理論公式dmax計算確定，腔鏡壓邊厚度，按最小厚度理論公式dmin計算確定。
本發明專利，採用兩項發明技術之後，保留了現有定向稜鏡諧振腔的優點，克服了它的缺點。由於輸出鏡具有高斯特徵，與雷射束特性相匹配、與機械變形相適應，雷射束不會發生模式畸變。另外，腔鏡參數由理論公式計算確定，在所要求輸出功率範圍內和一定壓差條件下，腔鏡熱變形及機械變形總和，滿足雷射束不發生模式畸變條件，雷射束不會產生模式畸變。因此，雷射器能極大地提高低階模輸出功率上限，實現大功率低階模輸出，滿足工業用戶優良雷射加工要求，並且能實現人為設定低階模輸出功率上限。諧振腔設計，由國內外經驗設計，走向理論公式自由王國設計階段。諧振腔結構形式、理論公式，不僅用於大功率氣體雷射器諧振腔設計，而且可用於大功率固體雷射器、大功率化學雷射器等諧振腔設計，均能大幅度提高低階模輸出功率上限，實現大功率低階模輸出。
附圖為本發明大功率低階模輸出特殊結構諧振腔。
圖中1是定向稜鏡，2是對稱雙凸鏡。
具體實施例方式
本發明提供一種大功率低階模輸出特殊結構諧振腔，其特徵在於由定向稜鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構成，定向稜鏡(1)是全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)是輸出鏡。稜鏡厚度，對稱雙凸鏡(2)的最大厚度，按最大厚度理論公式dmax計算確定，腔鏡壓邊厚度，按最小厚度理論公式dmin計算確定。對稱雙凸鏡(2)的結構形式具有高斯特徵，與雷射束特性相匹配、與機械變形相適應，兩曲面曲率半徑絕對值要相等，即|R1|＝|R2|。諧振腔的結構形式、理論計算公式dmax和dmin，不僅用於大功率氣體雷射器諧振腔設計，而且可用於大功率固體雷射器、大功率化學雷射器等諧振腔設計。
權利要求
1.一種大功率低階模輸出特殊結構諧振腔，其特徵在於，由定向稜鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構成，定向稜鏡(1)是全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)是輸出鏡。
2.按照權利要求1所述特殊結構諧振腔，其特徵在於，輸出鏡的結構形式具有高期特徵，與雷射束特性相匹配、與機械變形相適應，兩曲面曲率半徑絕對值要相等，即|R1|＝|R2|。
3.按照權利要求1所述特殊結構諧振腔，其特徵在於，稜鏡厚度、對稱雙凸鏡(2)最大厚度，按最大厚度理論公式dmax計標確定，腔鏡壓邊厚度，按最小厚度理論公式dmin計標確定。
4.按照權利要求1所述特殊結構諧振腔，其特徵在於，諧振腔的結構形式、理論計標公式dmax和dmin，不僅用於大功率氣體雷射器諧振腔設計，而且可用於大功率固體雷射器、大功率化學雷射器等諧振腔設計。
全文摘要
本發明提供一種大功率低階模輸出特殊結構諧振腔，屬於雷射技術領域，本發明解決現有技術諧振腔結構形式，與雷射束特性不匹配、與機械變形不相適應存在問題，同時解決腔鏡參數國內外由經驗確定，導致腔鏡熱變形及機械變形總和，不滿足雷射束不發生模式畸變條件問題，本發明特徵在於由定向稜鏡(1)、對稱雙凸鏡(2)所構成，定向稜鏡(1)是全反射鏡，對稱雙凸鏡(2)是輸出鏡，具有高斯特徵，腔鏡參數由理論公式計算確定，能極大地提高低階模輸出功率上限，實現大功率底階模輸出，滿足工業用戶雷射焊接、雷射切割和雷射熱處理等優良雷射和加工要求，諧振腔結構形式、理論公式，可用於所有大功率雷射器諧振腔設計。
文檔編號H01S3/08GK1734864SQ20051009844
公開日2006年2月15日 申請日期2005年9月8日 優先權日2005年9月8日
發明者石景林 申請人:石景林