集束式超大功率二氧化碳雷射器的製作方法
2023-06-02 02:15:51 3
專利名稱：集束式超大功率二氧化碳雷射器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種集束式超大功率優良模式二氧化碳雷射器，屬於雷射應用技術領域。
波長為10.6μm的二氧化碳雷射具有良好的水吸收特性和自由空間穿透性，尤其是作用於生物體組織，能夠產生良好的生物醫學效應。因此二氧化碳雷射器的研製和應用倍受重視，發展很快。自70年代初以來，二氧化碳雷射器經歷了直流激勵封離型、快速軸流型、快速橫流型等三代，以及改進的快速軸流型準第四代，目前已發展到了射頻激勵擴散型冷卻的第四代，雷射器體積大大縮小，模式質量大幅提高，標誌性值達到1.1～1.3，真正實現了功率大，模式質量高的完美統一。但是，國內第四代二氧化碳雷射器尚處於研究階段，而進口產品價格昂貴，單支100W射頻激勵二氧化碳雷射器售價2萬多美元，而1000W的則需30多萬美元，很多臨床、工程及實驗的推廣應用因此受阻。國內的第二、三、準四代產品由於體積龐大，外設複雜，振動噪聲大等問題，也還不適合在上述場合應用。
本實用新型的目的是依據國內二氧化碳雷射器的研製和生產水平，在已形成批量生產能力的第一代國產直流激勵封離型雷射器的基礎上，採用通常的穩頻、鎖模等技術改善單支雷射器的性能指標而提供的一種集束式超大功率二氧化碳雷射器。
本實用新型所採用的技術方案如下
1、採用若干支雷射器排列成正六方陣列(1)，對該陣列可用行加以描述雷射器分組排成行，行與行相互平行，設有一中心組，其他各組對稱分列其兩邊，對稱位置上的組數目相等。當中心組採用三支時，在其兩邊對稱排列各一組兩支，陣列可表示為「232」；陣列共由7支雷射器組成；中心組為5支的陣列分為5組，可表示為「34543」，共有19支雷射器；依次類推……，中心組為N支的陣列分為N組，共有N-2(1+2+…(N-1)/2)支。例如，中心組為7支的陣列分7組，可表示為「4567654」，共有7-2(1+2+3)=37支雷射器。
排成陣列的雷射器互相平行，朝一個方向(前方)平行但分散地發射雷射束。
2、在雷射器陣列前方設有匯聚反射鏡陣列為中心組雷射器發射雷射束各配一面45°的反射鏡，而為其餘每個雷射器配備一對反射鏡，其中一組外圍反射鏡呈45°，把分散的雷射束各向中心組折射90°，另一組中央反射鏡，也呈45°，把外圍反射鏡折射來的雷射束再折射90°至與中心組雷射束平行並與其緊密靠攏，成為呈正六邊形緊密排列的大口徑合成雷射束。為避免各反射鏡遮擋其他雷射束，匯聚反射鏡應前後錯開排列，並匯聚反射鏡應排在垂直於光軸的同一平面內。
3、折射後的大口徑合成雷射束由縮束透鏡組縮成小口徑高光強的合成雷射束，以便進一步傳送到需要的地點，聚焦後得到足夠大的焦深。
4、縮束後的合成雷射束由聚焦透鏡聚焦，形成規定焦長、焦深和光斑口徑的超大功率的雷射工作區。
本實用新型的優點十分明顯1、成本低廉，與相同功率的快速軸流、快速橫流工業用二氧化碳雷射器相比，僅為其成本的1/3；與射頻激勵雷射器相比，則不到其1/6。2、雷射功率大，模式優良，合成雷射束的質量接近準四代水平；3、雷射反射次數少，反射鏡數量少，中心組只反射一次，其餘組各反射兩次，能量損耗少；4、性能價格比高，適合我國及其它發展中國家的國情，便於推廣應用；5、整體結構科學合理，體積小，重量輕，無機械振動噪聲，對其它儀器設備無光、電、磁幹擾，無廢氣廢物，不汙染環境，不需要特殊電源，非常適合醫院手術室、科研單位實驗室等特殊場合應用。
以下結合附圖及實施例進一步說明附
圖1為本實用新型的原理結構示意圖。
由圖1所示，集束式超大功率雷射器由19支雷射器排成正六方形陣列1，共五組，中心組有5支，排成一行，另各有兩組分別有4支和3支，對稱地交錯排列在其兩旁，可描述為「34543」陣列；19支雷射器相互平行，朝一個方向(上方)平行且分散地發射出19條雷射束2。
在雷射器陣列1的前方，設有14面外圍反射鏡3和19面中央反射鏡4組成的匯聚反射鏡陣列，從A-O-B剖面可見中心組雷射器發射的五條雷射束經五面45°中心反射鏡折射成為合成雷射束的中心組，其餘組雷射器發射的雷射束先由各自的外圍反射鏡3向中心折轉90°，再由各自的中央反射鏡4折轉90°至與中心雷射束平行並互相靠攏成為大口徑合成雷射束的另外四組，經匯聚後的大口徑合成雷射束按「34543」排成密集的正六方形陣列，光強基本未變。
由一個凸透鏡與一個凹透鏡組成縮束透鏡組5，對合成雷射束進行縮束，縮小其口徑，提高其光強，不改變陣列形狀。
由聚焦透鏡6對小口徑高光強的合成雷射束進行聚焦，形成規定焦長、焦深及光斑口徑的超大功率的雷射工作區。
權利要求1.一種集束式超大功率雷射器，其特徵在於採用多支雷射器(7、19、37、61…)按多行方式排成正六方形陣列，各雷射器相互平行，朝一個上方方向平行但分散地發射多束雷射束；在雷射器陣列前方，設匯聚反射鏡陣列，將分散的雷射束匯聚成大口徑密集正六方形陣列的合成雷射束；由縮束透鏡縮小合成雷射束的口徑；由聚焦透鏡把縮束後的小口徑合成雷射束聚焦成規定焦長、焦深和光斑口徑的工作區。
2.根據權利要求1所述的超大功率雷射器，其特徵在於多支雷射器(7、19、37、61…)按多組形成三組232、五組34543、七組4567654、九組567898765排成正六方形陣列，對N組的陣列，其中心組有N支，兩面對稱向外遞減。
3.根據權利要求1所述的超大功率雷射器，其特徵在於中心組雷射器發出的每束雷射各經一面45°中心反射鏡折轉90°，經一次反射成為合成雷射束的中心組，為其餘各組雷射器配有一對外圍反射鏡和中央反射鏡，外圍反射鏡(3)把雷射束向中心折轉90°，中央反射鏡再折轉90°至與中心組雷射束相平行，經二次反射成為合成雷射束的外圍組，合成雷射束密排為正六方形陣列。對應採用7、19、37、61…支雷射器，匯聚反射鏡陣列的反射鏡面數目分別為11、33、67、113…。
4. 根據權利要求1所述的超大功率雷射器，其特徵在於它包括一片凸透鏡和一片凹透鏡，對大口徑合成雷射束進行縮束。
專利摘要本實用新型涉及一種集束式超大功率雷射器,採用多支(7、19、37、61…)雷射器按多行方式排成正六方形陣列,各雷射器相互平行,朝一個方向(上方)平行但分散地發射多束雷射束;在雷射器陣列前方,設匯聚反射鏡陣列,將分散的雷射束匯聚成大口徑密集正六方形陣列的合在雷射束;由縮束透鏡縮小合成雷射束的口徑;由聚焦透鏡把縮束後的小口徑合成雷射束聚焦成規定焦長、焦深和光斑口徑的工作區。
文檔編號H01S3/23GK2419711SQ00201118
公開日2001年2月14日 申請日期2000年1月28日 優先權日2000年1月28日
發明者張志遠, 宋永成, 鄔江興, 鄧珂, 吳明營 申請人:國家數字交換系統工程技術研究中心