輸出平頂光束的激光器的制造方法
【專利摘要】一種輸出平頂光束的激光器，該激光器包括反射腔鏡、增益介質(zhì)、偏振片、相位調(diào)節(jié)鏡、補償透鏡和Porro棱鏡。該激光器利用腔內(nèi)放置相位調(diào)節(jié)鏡，通過偏振片、相位調(diào)節(jié)鏡和Porro棱鏡對腔內(nèi)激光的相位延遲進行徑向調(diào)制，實現(xiàn)偏振片耦合輸出率的徑向變化，使經(jīng)偏振片出射的激光為中間部分平坦的平頂光束。同時采用補償透鏡消除激光腔內(nèi)插入相位調(diào)節(jié)鏡而引起的透鏡效應。該發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、損耗小、效率高且輸出光束的填充因子高。
【專利說明】輸出平頂光束的激光器

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光【技術領域】，具體涉及一種腔內(nèi)整形勻化輸出光束空間分布的激光 器。

【背景技術】
[0002] 傳統(tǒng)激光器輸出光束的能量分布為非均勻的高斯型空間分布。在激光加工、切割 和焊接，生物醫(yī)學工程等【技術領域】，激光能量的非均勻分布特性會引起局部溫度升高而破 壞材料特性。同時，高功率激光系統(tǒng)中輸入光束的不均勻性會導致B積分等非線性效應而 引起光束質(zhì)量變差，并且容易造成局部功率密度過高，從而引起激光介質(zhì)的損傷。而且高斯 光束的填充因子較低而不能保證高的能量提取效率，制約著放大和倍頻系統(tǒng)的效率。因此， 在諸多激光技術應用中，傳統(tǒng)的高斯型激光光束分布的不均勻特性限制了其應用。
[0003] 實現(xiàn)激光光束空間均勻分布的方法有很多，主要有微透鏡陣列、隨機相位片、二元 光學元件、雙折射透鏡組、非球面透鏡組和液晶空間光調(diào)制器等方法。這些方法都是通過在 激光器的外光路中插入光學器件進行光束整形，由此引起的損耗比較大，而且越復雜的整 形系統(tǒng)損耗就越大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的是克服腔外整形高損耗的缺點，提供一種簡單有效、低損耗的 輸出平頂光束的激光器，特點是利用激光腔內(nèi)的相位調(diào)節(jié)鏡與諧振腔鏡Porro棱鏡的組合 對腔內(nèi)激光的相位延遲進行徑向調(diào)制，實現(xiàn)耦合輸出偏振片反射率的徑向調(diào)制，從而實現(xiàn) 勻化輸出光束。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案如下：
[0006] 一種輸出平頂光束的激光器，特點在于其構(gòu)成依次包括同一光軸的反射腔鏡、增 益介質(zhì)、偏振片、相位調(diào)節(jié)鏡、補償透鏡和Porro棱鏡，所述的偏振片與光軸夾角為布儒斯 特角。所述的反射腔鏡、增益介質(zhì)、偏振片、相位調(diào)節(jié)鏡、補償透鏡和Porro棱鏡組成激光諧 振腔。所述的相位調(diào)節(jié)鏡為雙折射材料制成的平凸透鏡或平凹透鏡。所述的補償透鏡為各 向同性介質(zhì)或立方晶體制成的平凹透鏡或平凸透鏡，其曲率半徑與所述的相位調(diào)節(jié)鏡曲率 半徑的數(shù)值相等、符號相反。所述的反射腔鏡為全反射鏡或者Porro棱鏡。
[0007] 腔內(nèi)激光依次經(jīng)過偏振片、相位調(diào)節(jié)鏡和補償透鏡后，由Porro棱鏡反射再次通 過補償透鏡和相位調(diào)節(jié)鏡后，由偏振片反射輸出。利用偏振片、相位調(diào)節(jié)鏡和Porro棱鏡對 激光的相位延遲進行徑向調(diào)制，從而實現(xiàn)偏振片耦合輸出率的徑向變化，經(jīng)偏振片出射的 激光可以被整形為中間部分平坦的平頂光束。
[0008] 本發(fā)明的具體優(yōu)點是：
[0009] 1.采用腔內(nèi)光束整形，相比較腔外整形系統(tǒng)，損耗低，效率高且結(jié)構(gòu)簡單。
[0010] 2.輸出激光光束為平頂光束，光束的空間分布比較均勾，填充因子高。
[0011] 3.采用補償透鏡補償相位調(diào)節(jié)鏡的曲率，消除激光腔內(nèi)插入相位調(diào)節(jié)鏡而引起的 透鏡效應。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012] 圖1是本發(fā)明輸出平頂光束的激光器的光路示意圖
[0013] 圖2是本發(fā)明激光器中相位調(diào)節(jié)鏡的示意圖
[0014] 圖3是采用石英單晶材料的相位調(diào)節(jié)鏡在兩種不同參數(shù)時的激光器輸出光束的 歸一化光強分布圖

【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明，但不應以此限制本發(fā)明的保護范 圍。
[0016] 如圖1所示，本發(fā)明的輸出平頂光束的激光器，包括同光軸、依次放置的反射腔鏡 1-1、增益介質(zhì)1-2、偏振片1-3、相位調(diào)節(jié)鏡1-4、補償透鏡1-5和Porro棱鏡1-6。所述的 反射腔鏡1-1、增益介質(zhì)1-2、偏振片1-3、相位調(diào)節(jié)鏡1-4、補償透鏡1-5和Porro棱鏡1-6 構(gòu)成激光諧振腔。所述的偏振片1-3與光軸夾角為布儒斯特角，所述的相位調(diào)節(jié)鏡1-4為 雙折射材料制成的平凸透鏡或平凹透鏡。所述的補償透鏡1-5為平凹透鏡或平凸透鏡，采 用折射率與相位調(diào)節(jié)鏡1-4相近的各向同性介質(zhì)或者立方晶體，其曲率半徑與所述的相位 調(diào)節(jié)鏡1-4曲率半徑數(shù)值相等，符號相反。
[0017] 腔內(nèi)激光通過偏振片1-3后形成水平方向的線偏振光，依次經(jīng)過相位調(diào)節(jié)鏡1-4 和補償透鏡1-5后到達Porro棱鏡1-6,經(jīng)Porro棱鏡1-6反射后再次通過補償透鏡1-5和 相位調(diào)節(jié)鏡1-4。利用偏振片1-3、相位調(diào)節(jié)鏡1-4和Porro棱鏡1-6對腔內(nèi)激光的相位延 遲進行徑向調(diào)制，從而實現(xiàn)耦合輸出偏振片反射率的徑向調(diào)制，經(jīng)偏振片1-3出射的激光 可以被整形為中間部分平坦的比較均勻的線偏振光。
[0018] 如圖2所示，所述相位調(diào)節(jié)鏡采用雙折射材料制成的平凸透鏡或平凹透鏡，相位 調(diào)節(jié)鏡的主軸方向垂直于系統(tǒng)的光軸方向。d(r)為相位調(diào)節(jié)鏡的厚度，d(r)隨著徑向距離 r不斷變化。f(r)為相位調(diào)節(jié)鏡對〇光和e光的相位延遲，所以線偏振光通過所述相位調(diào) 節(jié)鏡后〇光和e光的相位延遲在徑向方向上隨徑向距離r不斷變化：

【權利要求】
1. 一種輸出平頂光束的激光器，特征在于其構(gòu)成包括沿光軸方向依次放置的反射腔鏡 (1-1)、增益介質(zhì)（1-2)、偏振片（1-3)、相位調(diào)節(jié)鏡（1-4)、補償透鏡（1-5)和Porro棱鏡 (1-6)，所述的偏振片與光軸夾角為布儒斯特角。
2. 根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的相位調(diào)節(jié)鏡（1-4)是采用雙折 射材料加工而成的平凸透鏡或平凹透鏡，所述的雙折射材料為單軸晶體或雙軸晶體。
3. 根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征在于：所述的補償透鏡（1-5)為平凹透鏡或 平凸透鏡，其材料為各向同性介質(zhì)或立方晶體，其曲率半徑與所述的相位調(diào)節(jié)鏡（1-4)曲 率半徑的數(shù)值相等、符號相反。
【文檔編號】H01S3/106GK104505703SQ201410789276
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月17日 優(yōu)先權日:2014年12月17日
【發(fā)明者】孟俊清, 楊海龍, 謝銀, 陳蘇園, 陳衛(wèi)標 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所