一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔的製作方法

2023-09-20 13:56:25 2

專利名稱：一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射器件領域，涉及到雷射諧振腔，特別是一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔。
背景技術：
在雷射工業應用中，如雷射焊接、雷射切割等領域。雷射的偏振特性對這些應用都有很大的影響。如雷射切割中，採用線偏振光作為切割光束得到的切割質量不高，均勻性很差。而採用圓偏振光和隨機偏振光得到的切割質量要優於線偏振光。一般的工業用高功率雷射器採用同一平面內的摺疊腔，輸出的都是線偏振光。應用前一般需要採用具有四分之一波長相位延遲的相位延遲鏡將線偏振光轉化為圓偏振光。 這種方法需要外加相位延遲元件，增加了加工系統光路的複雜性，對雷射功率有一定損失， 成本提高，裝配複雜。而一般的直腔雷射器在腔內未採用偏振選擇元件時，輸出的是隨機偏振雷射。但這類雷射器腔長有限，於是也限制了雷射的輸出功率。所以這類直腔雷射器儘管對偏振無選擇性，但不能輸出高功率雷射，難以在工業加工中使用。

發明內容
本發明針對上述技術的不足，提出了一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔，本發明可以消除諧振腔摺疊鏡對腔內振蕩光束偏振狀態的影響，並可實現高功率雷射的輸
出ο本發明提供的一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔，其特徵在於它包括全反鏡、4*N個轉折鏡、輸出鏡和雷射工作介質，N = 1、2或3 ；全反鏡和輸出鏡垂直於光軸，中心均位於光軸上；4*N個轉折鏡均為平面高反射鏡。4*N個轉折鏡在光路上位於全反鏡和輸出鏡之間，且各轉折鏡的中心均位於雷射諧振腔的光軸上；法線與子午面平行的轉折鏡個數跟法線與弧矢面平行的轉折鏡個數相等，其中， 法線與子午面平行的2*N個轉折鏡中，相鄰兩個轉折鏡法線之間的夾角為90°，其餘法線與弧矢面平行的2*N個轉折鏡中，相鄰兩個轉折鏡法線之間的夾角也為90°。且4*N個轉折鏡的法線與光軸的夾角均為45°。光軸上，各相鄰兩個轉折鏡的鏡面中心重合，雷射工作介質位於所有與全反鏡垂直的摺疊臂上。本發明具有以下優點摺疊腔結構不影響腔內光場的偏振性，諧振腔損耗低，增益長度大，可實現高功率輸出，同時雷射的光束質量也得到改善。適應性廣，採用普通的球面鏡或平面鏡作為腔鏡，可以得到高功率隨機偏振的雷射。而採用具有不同偏振選擇性的腔鏡可以得到線偏振光、徑向偏振光、環向偏振光等各類偏振光束。結構簡單、安裝調試方便， 能夠滿足中、高功率雷射輸出的要求。


圖1為本發明實施例1空間三摺疊諧振腔結構示意圖；圖2為本發明實施例2空間五摺疊諧振腔結構示意具體實施例方式以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。如圖1所示，本發明的一種具體實施方式
1的結構具體包括全反鏡1、4*N個轉折鏡(本實例中N= 1)2，3，4，5、輸出鏡6和雷射工作介質7。全反鏡1是一個具有高反射率的反射鏡，同時與全反射鏡和第一、第二轉折鏡2，3 垂直的平面位於子午面內，而同時與第三、第四轉折鏡4，5跟輸出鏡6垂直的平面位於弧矢面內。輸出鏡為一個部分反射率的反射鏡。摺疊臂是指摺疊雷射諧振腔內，光軸上，相鄰兩個鏡體之間的空間。雷射工作介質可以是氣體，固體或液體，它位於所有與全反鏡垂直的折
疊臂上。轉折鏡2，3，4，5的中心位於雷射諧振腔的光軸上，轉折鏡2，3，4，5的法線與光軸的夾角均為45°。第一、第二轉折鏡2，3的法線之間的夾角為90°，第三、第四轉折鏡4，5 的法線之間的夾角也為90°。光軸上各相鄰兩鏡面中心重合。平行於光軸入射的光線經過第一、第二轉折鏡2，3後，將平行於光軸反射。光束經過第一、第二轉折鏡2，3反射後，弧矢方向上偏振分量的強度將比子午方向上偏振分量強度高。平行於光軸入射的光線經過轉折鏡4，5後，將平行於光軸反射。光束經過轉折鏡4， 5反射後，弧矢方向上偏振分量的強度將比子午方向上偏振分量的強度低。光束經過轉折鏡2，3，4，5反射後，各方向上的偏振分量的強度相同。這樣就消除了同一平面內轉折鏡對腔內光束的退偏影響。與此同時也增加了諧振腔的長度，有利於提高雷射光束質量和增強雷射功率。如圖2所示，實例2為空間五摺疊諧振腔結構。具體包括全反鏡1、4*N個轉折鏡 (本實例中N = 2) 2，3，4，5，8，9，10，11，輸出鏡6和雷射工作介質7。轉折鏡2，3，8，9的法線均平行於子午面，轉折鏡2，3，8，9的法線與光軸的夾角均為45°，轉折鏡2，3法線之間的夾角與轉折鏡8，9法線之間的夾角均為90°。平行於光軸入射的光線分別經過轉折鏡2，3或轉折鏡8，9後，將平行於光軸反射。光束經過轉折鏡2， 3，8，9反射後，弧矢方向上的偏振光強度將比子午方向上偏振分量的強度高。轉折鏡4，5， 10，11的法線均平行於弧矢面，轉折鏡4，5，10，11的法線與光軸的夾角均為45°，轉折鏡8， 9法線之間的夾角，與轉折鏡10，11法線之間的夾角均為90°。平行於光軸入射的光線分別經過轉折鏡4，5或轉折鏡10，11後，將平行於光軸被反射。光束經過轉折鏡4，5，10，11 反射後弧矢方向上偏振分量的強度將比子午方向上偏振分量的強度低。光束經過轉折鏡2， 3，4，5，8，9，10，11反射後，各方向上偏振分量的強度相同。同樣不但消除了同一平面內轉折鏡對腔內光束的退偏影響，而且也增加了諧振腔的長度，有利於提高輸出雷射的功率和光束質量。本發明不僅局限於上述具體實施方式
，本領域一般技術人員根據本發明公開的內容，可以採用其它多種具體實施方式
實施本發明，因此，凡是採用本發明的設計結構和思路，做一些簡單的變化或更改的設計，都落入本發明保護的範圍。
權利要求
1. 一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔，其特徵在於它包括全反鏡、4*N個轉折鏡、輸出鏡和雷射工作介質，N=U2或3 ；全反鏡和輸出鏡垂直於光軸，中心均位於光軸上；4*N個轉折鏡均為平面高反射鏡， 4*N個轉折鏡在光路上位於全反鏡和輸出鏡之間，且各轉折鏡的中心均位於雷射諧振腔的光軸上；法線與子午面平行的轉折鏡個數跟法線與弧矢面平行的轉折鏡個數相等，其中， 2*N個轉折鏡的法線與子午面平行，且相鄰兩個轉折鏡法線之間的夾角為90°，其餘2*N個轉折鏡的法線與弧矢面平行，相鄰兩個轉折鏡法線之間夾角也為90°，且4*N個轉折鏡的法線與光軸的夾角均為45°，光軸上，各相鄰兩個轉折鏡的鏡面中心重合，雷射工作介質位於所有與全反鏡垂直的摺疊臂上。
2.根據權利要求1所述的偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔，其特徵在於全反射鏡為高反射率的偏振元件、平面鏡、凹面鏡或其他復曲面鏡。
3.根據權利要求2所述的偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔，其特徵在於高反射率的偏振元件為普通無偏振選擇性的高反射鏡面，或者具有偏振選擇性膜的高反射鏡，或者光柵。
全文摘要
本發明公開了一種偏振不敏感的空間摺疊雷射諧振腔，包括全反鏡、4*N個轉折鏡、輸出鏡和雷射工作介質；全反鏡和輸出鏡垂直於光軸，中心均位於光軸上；4*N個轉折鏡均為平面高反射鏡，中心都位於光軸上，其中，2*N個轉折鏡的法線與子午面平行，且相鄰兩個轉折鏡法線之間的夾角為90°，其餘2*N個轉折鏡的法線與弧矢面平行，相鄰兩個轉折鏡法線之間的夾角也為90°，且4*N個轉折鏡的法線與光軸的夾角均為45°；雷射工作介質位於所有與全反鏡垂直的摺疊臂上。該雷射諧振腔消除了同一平面內轉折鏡的偏振選擇現象。輸出雷射的偏振性由全反射鏡的偏振選擇特性決定，輸出功率高，光束質量好，可用於中、高功率氣體或固體雷射器。
文檔編號H01S3/081GK102157890SQ20111006760
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月21日 優先權日2011年3月21日
發明者李波, 楊揚, 王又青, 賀昌玉, 趙江 申請人:華中科技大學