免調試固體雷射裝置的製作方法

2023-06-07 17:09:11

專利名稱：免調試固體雷射裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種免調試固體雷射裝置，適用於工業、國防、醫療、科學研究等領域，尤其適用於雷射打孔、焊接、切割、劃片、標刻、微調、電路布線、表面熱處理、測距、雷達、瞄準指示、預警、制導及武器、視網膜凝結、各種疾病治療、全息攝影、信息存儲、大容量通信、環境監測。
在雷射技術發展的進程中，固體雷射器最早實現雷射輸出。自從1960年在世界上第一次製成紅寶石雷射器以來，固體雷射技術發展十分迅速。目前，實現雷射振蕩的固體工作物質已達百餘種，雷射譜線數千條。使用的雷射器有紅寶石雷射器、釹玻璃雷射器、摻釹釔鋁石榴石雷射器，該固體雷射器由三個基本部分組成，即固體工作物質(亦稱雷射棒)、泵浦光源和光學諧振腔。雷射棒是雷射器的心臟，其內部的基態粒子在外界泵浦光源的激勵下，實現粒子數反轉分布並產生受激輻射，雷射是受激輻射放大的相干光，一般還需要藉助於光學諧振腔的作用，光學諧振腔採用兩塊平面反射鏡(或曲面鏡)組成平行平面腔。雷射棒置於諧振腔的軸線上，諧振腔具有選模作用和足夠高的光學正反饋能力，以保證在腔軸方向上滿足諧振條件的振蕩光子在腔內有足夠長的壽命。這樣在增益介質內由自發輻射光子所引發沿腔軸方向來回振蕩的受激輻射光子數會越來越多。當光束能量在腔內來回一次所獲得的放大足以補償它的各種損耗時，便有雷射輸出。從雷射產生機理可以看出，要產生雷射輸出，必須通過調試使諧振腔的全反射鏡面和部分反射鏡面嚴格平行且與雷射棒垂直。否則振蕩光束將偏出腔體而不能產生雷射。故雷射器失調的根本原因是振蕩光路的行跡受諧振腔鏡面法線傾角的調製，經若干次振蕩後，其對應的光路將按2nα方向偏出腔體。一般情況下，當傾角大於20秒時，便無雷射輸出。由於調整精度極高，裝配不能直接滿足這一要求，因此固體雷射器在結構上均設計有兩套專門的調節機構來保證其成腔要求。隨之而來，諧振腔的結構及其調整便成了固體雷射器在安裝使用及維護過程中的技術難題，限制了其應用，尤其是在軍事領域和工業雷射加工設備中，固體雷射器尚不能實現換件修理。固體雷射器易失調，調試困難，結構複雜，成本高。
經發明人檢索中國專利，對已公開的427個涉及雷射器的專利技術分析表明，現有固體雷射器是一種結構複雜、易失調、調試困難的雷射器，未發現一種免調試固體雷射裝置被公開使用。
本實用新型的目的是提供了一種免調試固體雷射裝置，採用三面體定向稜鏡，使結構簡單、免調試、不失調、成本低。
為解決上述任務，本實用新型採用以下技術方案雷射棒內自發輻射出的光束經三面體定向稜鏡全反射後，其出射光束一定與入射光束平行或重合，只要往返光束穿過雷射棒，即使不與棒軸線平行的自發輻射光或者定向稜鏡繞其角頂及其附近轉動時，雷射器仍能穩定輸出雷射。基於這一原理，該裝置由三面體定向稜鏡、雷射棒或雷射工作物質、聚光腔、泵燈、泵浦電源等組成。其特徵是在雷射棒前放置三面體定向稜鏡，三面體定向稜鏡角頂O置於雷射棒的軸線上。雷射棒一端面鍍有透反膜，使雷射棒與部分反射鏡構成一體，構成免調試結構。在一根雷射棒一端面鍍全反射膜，另一端面鍍增透膜，作為振蕩棒；在另一根雷射棒一端面鍍增透膜，另一端面鍍部分反射膜作為放大棒，將雷射棒對稱放置，構成串接免調試結構。也可將雷射棒按陣列分布，在雷射棒一端鍍透反膜作為輸出腔，構成大功率、大能量、不失調、免調試的固體雷射裝置。


圖1為免調試固體雷射裝置結構示意圖圖2為三面體定向稜鏡側視圖圖3為三面體定向稜鏡裝置結構示意圖圖4為免調試固體雷射裝置串接結構示意圖下面根據附圖對本實用新型作進一步詳細描述根據圖1、圖2、圖3可知，雷射棒2和泵燈5分別置於橢圓柱聚光腔3的兩根焦線上，保證泵燈5發出的光線經橢圓柱聚光腔3內表面反射，聚集到雷射棒2上去。在雷射棒2前放置三面體定向稜鏡1，三面體定向稜鏡1的角頂位於雷射棒2的軸線上，保證雷射棒2內自發輻射出來的光線經三面體定向稜鏡1全反射後按原光路返回雷射棒2進行振蕩實現雷射輸出。另外，由於部分反射鏡4通過鍍透反膜固化在雷射棒2的其中一個端面上(另一個端面鍍增透膜)，因此裝配後可實現免調試功能。泵浦系統由橢圓柱聚光腔3、泵燈5和泵浦電源6組成，泵浦電源6將工作電壓加在泵燈5的兩端，使泵燈5發光。三面體定向稜鏡1側視圖的工作原理是首先，迎底面入射於三面體定向稜鏡1的光線，經三個反射面相繼反射後，出射光線平行於入射光線，三面體定向稜鏡1繞角頂轉動時，絕不會引起反射光線方向的變化。其次是不管入射光線與底面成何種角度入射，只要光線在三個直角面上依次反射，其入射光線和出射光線在沿光線方向看去，其投影與三面體定向稜鏡1的頂點O呈中心對稱。再次是不管入射光線與底面成何種角度入射，只要入射光線通過三面體定向稜鏡1的角頂O，其出射光線一定與入射光線重合。為了保證三面體定向稜鏡1的角頂位於雷射棒2的軸線上或附近，三面體定向稜鏡1放入錐形座筒7內其結構能自動保證三面體定向稜鏡1的角頂落在錐形座筒7的軸線上，再用連接螺8將三面體定向稜鏡1、錐形座筒7連為一體。
按照圖4可知，將兩根雷射棒2a、2b對稱於三面體定向稜鏡1角頂O的兩側，其中一根雷射棒2a的一端面鍍成全反射膜，成為全反射鏡9；在另一端A面鍍成增透膜，構成振蕩棒2a；第二根雷射棒2b的一端面鍍成透反膜，成為部分反射鏡4，在另一端B面鍍成增透膜，構成放大棒2b。振蕩棒2a內自發輻射出的光線，經全反射鏡9反射後，返回雷射棒2a內，經三面體定向稜鏡1耦合進入放大棒2b內，最後射到部分反射鏡4上，形成往返振蕩與光放大，最終在放大棒2b的部分反射鏡4一端面輸出雷射。
本實用新型與現有技術相比，具有以下優點和效果結構簡單，操作方便，不需要複雜的調節機構。免調試，因位置誤差冗餘較大，製造精度就能保證各元件的定位要求，經裝配後不必調試就能出雷射。不失調，經環境或使用條件的變化，引起各元件之間沿一定自由度的位移，也不會導致不出雷射的現象。改善了輸出特性，實驗表明，減小了雷射發散角，提高了輸出能量或功率。利於標準化，可製成不同規格，不同參數，不同用途的標準固體雷射器，供用戶選用或修理，換件方便，可廣泛應用於軍事、工業加工、醫療、科學研究等領域的固體雷射設備中。
權利要求1.一種免調試固體雷射裝置，它由雷射棒(2)或雷射棒(2a)、(2b)、聚光腔(3)、泵燈(5)、泵浦電源(6)構成，其特徵是在雷射棒(2)前放置三面體定向稜鏡(1)，三面體定向稜鏡(1)角頂O置於雷射棒(2)的軸線上，三面體定向稜鏡(1)放入錐形座筒(7)內，用連接螺(8)將三面體定向稜鏡(1)、錐形座筒(7)連為一體。
2.根據權利要求1所述的一種免調試固體雷射裝置，其特徵是雷射棒2的一端面鍍成透反膜成為部分反射鏡4。
3.根據權利要求1所述的一種免調試固體雷射裝置，其特徵是雷射棒(2a)(2b)對稱於三面體定向稜鏡(1)角頂O的兩側。
4.根據權利要求1或3所述的一種免調試固體雷射裝置，其特徵是雷射棒(2a)的一端面鍍成全反射膜成為全反射鏡(9)，在另一端A面鍍成增透膜，雷射棒(2b)的一端面鍍成透反膜成為部分反射鏡(4)，在另一端B面鍍成增透膜。
專利摘要本實用新型公開了一種免調試固體雷射裝置。它由雷射棒、聚光腔、泵燈、泵浦電源構成,其特徵是在雷射棒前放置三面體定向稜鏡,並使其角頂置於雷射的軸線上。將三面體定向稜鏡放入錐形座筒內,用連接螺釘將三面體定向稜鏡、錐形座筒連為一體。在雷射棒的一端面上鍍透反膜與三面體定向稜鏡構成免調結構。該實用新型結構簡單,操作方便,免調試,不失調,改善了雷射器的輸出性,廣泛應用於軍事、工業加工、醫療、科學研究等領域的固體雷射設備中。
文檔編號H01S3/16GK2310404SQ9823510
公開日1999年3月10日 申請日期1998年1月6日 優先權日1998年1月6日
發明者程勇, 王會升, 王志懷, 王曉兵, 韓良清, 張江柏 申請人:程勇