能夠獲得空心雷射束的諧振腔的製作方法

2023-08-06 20:12:16

專利名稱：能夠獲得空心雷射束的諧振腔的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能夠獲得空心雷射束的諧振腔，能夠直接輸出空心圓錐形雷射 束，屬於雷射技術領域。
背景技術：
隨著雷射技術的發展，空心雷射束不僅在生物學、雷射加工和原子冷卻等方面得 到廣泛應用，而且也能夠應用到掃描成像、遙感制導、測距等領域。現有獲得空心雷射束 的技術都是通過諧振腔外的一個光學裝置將諧振腔發出的雷射束整形，獲得形成空心雷射 束，這類方案不僅結構複雜，而且能量損失也很大，另外還導致雷射束的相干程度降低。在光學晶體材料領域，雙軸晶體具有錐面折射效應。

發明內容
為了實現直接由諧振腔輸出空心雷射束的目的，我們發明了一種能夠獲得空心激 光束的諧振腔，能夠直接輸出空心圓錐形雷射束，同時具有裝置結構簡單、不存在額外的能 量損失，同時保持雷射束原有的相干程度。本發明之能夠獲得空心雷射束的諧振腔由反射鏡、雷射增益介質及輸出耦合鏡組 成，其特徵在於，輸出耦合鏡材料為雙軸晶體，雙軸晶體的一個光軸與諧振腔軸線平行。由於雙軸晶體具有錐面折射效應，採用這種晶體製作的諧振腔輸出耦合鏡，諧振 腔能夠直接輸出空心圓錐形雷射束，相對於現有技術，其結構十分簡單，只是諧振腔的輸出 耦合鏡選用的材料與現有技術不同，並未另外添加光學裝置，因此也就不存在額外的能量 損失，並非通過雷射束整形來獲得空心雷射束，因此，雷射束的相干程度沒有降低。入射雙軸晶體的諧振光傳播放向冢與諧振腔軸線平行，見圖1所示，由晶體光學可 知石丄D，則D-k=0,kxDx+kyDy+kzDz = 0，·/ Dx = ￡xEx，Dy= ￡yEy，Dz= ε zEz,且因所述光軸在xoz平面上j也在xoz平面上，即ky = 0，於是kxDx+kzDz = 0，ε xkxEx+ ε zkzEz = 0,令矢量所=Sxkxa + e,kzc，其中舊、？分別為X、Z方向單位矢量。可見，左矢量與示矢量垂直，即左丄兩，所以，f必在兩的垂面上。
設平面π垂直f，垂足為Q點，平面Λ垂直矢量示。AB是平面π和平面Λ的交 線，由於左在Λ平面上，左與平面31的交點P必在平面JI和平面Λ的交線AB上，做5丄左， 與平面π交於R點，因5，k, E, D共面，所以，在η平面上，R，Q，P在同一直線上，在 ARPO中，苑丄好，所以
殆二常數(1) 因此，1不論如何改變，總滿足公式(1)，同時離不開Λ平面，左改變，相當於P點在 交線AB上移動，P點移動相當於R點移動，而且滿足公式(1)，因P點在交線AB上的軌跡為 直線，R的軌跡為圓，所以，全部5構成圓錐面。因此，諧振光傳播時，無論電位移矢量5取什 麼方向，都有唯一的相速，但是，由於電場強度玄與電位移矢量乃不同向，將出現無限多個光 線方向，這些光線圍成一個圓錐面。其效果表現為，諧振光傳播放向冢與雙軸晶體與諧振腔 軸線平行的光軸重合時，輸出的能量分布在空心錐面上，因此，諧振腔輸出的雷射束呈空心 圓錐形，光斑因此也就呈環狀；錐面壁薄，雷射束的功率密度高。


圖1是雙軸晶體產生空心圓錐形光束原理圖。圖2是本發明之能夠獲得空心雷射 束的諧振腔的結構示意圖，該圖兼作為摘要附圖。
具體實施例方式本發明之能夠獲得空心雷射束的諧振腔由反射鏡1、雷射增益介質2及輸出耦合 鏡3組成，見圖2所示，輸出耦合鏡3材料為雙軸晶體，雙軸晶體的一個光軸與諧振腔軸線 平行。泵浦源4為808nm 30W雷射二極體陣列。泵浦光4由耦合器件耦合到諧振腔中的激 光增益介質2中。耦合器件由耦合光纖5、耦合透鏡6組成。耦合光纖5芯徑為400 μ m，數 值孔徑NA = 0. 22。耦合透鏡6由一對平凸透鏡組成，凸面相對，凸面半徑為50mm，每個平 凸透鏡兩面鍍808nm增透膜，透過率T >95%。反射鏡1為平凹鏡，腔內一面為凹面，兩面 鍍808nm增透膜和1064nm高反射膜，增透膜透過率T > 95%，高反射膜反射率R > 98%。 雷射增益介質2是一根Nd: YAG晶體棒，釹離子摻雜濃度N = 1 %，尺寸為(PAmmxSmm1^tm 耦合鏡3採用KTP (磷酸氧鈦鉀)晶體製成，該雙軸晶體的一個光軸與諧振腔軸線平行，KTP 晶體的尺寸為4mmX4mmX2mm，KTP晶體表面膜系對1064nm波長的透過率為10%。當雷射二極體陣列注入到Nd:YAG晶體棒中的功率超過雷射振蕩閾值時，1064nm 諧振光通過輸出鏡在通光方向沿著KTP晶體的一個光軸傳輸，在腔外便可以得到空心圓錐 形雷射束。根據晶體光學，空心圓錐形雷射束的錐角α由公式(2)決定tana=\[(nl-n2x)(n2z-n2y)]y2(2)
ny式中nx，ny, nz是KTP晶體的三個主軸方向折射率，並且，nx = 1.7416，ny = 1. 7496，nz = 1. 8323，由公式得 α = 1. 7°。
權利要求
一種能夠獲得空心雷射束的諧振腔，由反射鏡、雷射增益介質及輸出耦合鏡組成，其特徵在於，輸出耦合鏡材料為雙軸晶體，雙軸晶體的一個光軸與諧振腔軸線平行。
2.根據權利要求1所述的能夠獲得空心雷射束的諧振腔，其特徵在於，輸出耦合鏡(3) 採用KTP(磷酸氧鈦鉀)晶體製成，該雙軸晶體的一個光軸與諧振腔軸線平行，KTP晶體的 尺寸為4mmX4mmX2mm，KTP晶體表面膜系對1064nm波長的透過率為10%。
全文摘要
能夠獲得空心雷射束的諧振腔能夠直接輸出空心圓錐形雷射束，屬於雷射技術領域。現有獲得空心雷射束的技術都是通過諧振腔外的一個光學裝置將諧振腔發出的雷射束整形，獲得形成空心雷射束，這類方案不僅結構複雜，而且能量損失也很大。本發明之能夠獲得空心雷射束的諧振腔由反射鏡、雷射增益介質及輸出耦合鏡組成，輸出耦合鏡材料為雙軸晶體，雙軸晶體的一個光軸與諧振腔軸線平行。
文檔編號H01S3/08GK101950915SQ20101027408
公開日2011年1月19日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者呂彥飛, 夏菁 申請人:長春理工大學