專利名稱:高功率橫流二氧化碳激光選模腔的制作方法
本發(fā)明屬于橫流CO2激光腔，特別適用于高功率橫流CO2激光器改善激光束的方向性，獲得單?；虻碗A模輸出。
為滿足高功率(千瓦乃至萬瓦)CO2激光器多用途工業(yè)加工，如激光上釉、深透焊接及切割需要，尤其是對較厚金屬材料的焊接和切割，要求激光束有良好的方向性。國外在改善橫流CO2激光器光束質(zhì)量方面已做了十多年工作，但到目前為止，除了美國GTE Sylvania公司采用七折迭腔(拉長腔法)來獲得單模和低階模輸出外(見美國專利3772610)，其余都采用非穩(wěn)腔來改善光束質(zhì)量，例如美國AVCO公司萬瓦非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖一)〔見Applied Optics 13，1979(1974)〕，蘇聯(lián)原子能研究所萬瓦級四次振蕩一次放大，非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖二)〔見Sov.J.Quant.Electr.10，1439(1980)〕，英國Culham實驗室數(shù)千瓦級二通道非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖三)〔見Optics and Laser Technology 10，29，(1978)〕，日本三菱電機研究所數(shù)千瓦級非穩(wěn)腔橫流CO2激光器(圖四)〔見L-ザ-研究，第10卷2號43(1982)〕。由圖一至圖四可以看出，非穩(wěn)腔在技術(shù)上比較復雜，需采用側(cè)向耦合輸出，至少要四塊腔鏡，且為空心環(huán)狀輸出;非穩(wěn)腔要求有較高的增益系數(shù)和增益長度，即放大倍率不宜太小，否則會直接影響遠場聚焦特性;非穩(wěn)腔調(diào)整困難，光學穩(wěn)定性要求高，調(diào)整容限在10-3弧度量級。
本發(fā)明的目的是盡量簡化腔的結(jié)構(gòu)而獲得良好的激光束，要求達到激光功率高，光束方向性好，調(diào)整容限大。
本發(fā)明的高功率橫流CO2激光選模腔是一種兩球鏡選模腔，如圖五所示。圖中1是激光耦合窗口，2是激光反射鏡，均為球面鏡，激光耦合窗口為雙球面的凹凸透鏡，并且當反射鏡為凹面反射鏡時，它與凸面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿足下列關(guān)系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1+ (L)/(｜R1｜) )(1- (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90當反射鏡為凸面反射鏡時，(如圖六)它與凹面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿足下列關(guān)系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1- (L)/(｜R1｜) )(1+ (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90鏡1和鏡2的橫向尺寸以保證激光束不受攔截。
上述式子中，R1為激光耦合窗口兩球面的曲率半徑，R2為反射鏡的曲率，L為兩鏡之間距離。
激光耦合窗口是用ZnSe或GaAs制造的，周邊用水冷卻;反射鏡為銅質(zhì)鍍金的，采用背面水冷。
本發(fā)明的高功率橫流CO2激光選模腔，實驗表明具有下列優(yōu)點1.結(jié)構(gòu)簡便;
2.可采用不鍍膜ZnSe作耦合窗口，全斑輸出;
3.不再受增益系數(shù)和增益長度限制，可采用鍍膜技術(shù)來選擇適當透過率;
4.調(diào)整容限較寬，理論計算及實測表明，該種腔的調(diào)整容限為10-4弧度量級，比非穩(wěn)腔大一個數(shù)量級，大大有利于長時間連續(xù)運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性要求。
5.電光轉(zhuǎn)換效率高，大于12%。
6.光束方向性，80%的激光能量在2毫弧度(半角)之內(nèi)。
實驗表明，利用本發(fā)明的選模腔，已獲得低階模激光3000瓦的輸出，與多模輸出相比，約為90%左右。
權(quán)利要求
1.一種高功率橫流CO2激光選模腔，由一塊激光耦合窗口(1)和一塊激光反射鏡(2)組成，其特征在于所說的激光耦合窗口和激光反射鏡均為球面鏡，并且當反射鏡為凹面鏡時，它與凸面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿足下列關(guān)系。(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1+ (L)/(｜R1｜) )(1- (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90當反射鏡為凸面鏡時，它與凹面朝向腔內(nèi)的激光耦合窗口滿足下列關(guān)系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1- (L)/(｜R1｜) )(1+ (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90鏡1和鏡2的橫向尺寸以保證激光束不受攔截。其中R1為激光耦合窗口(1)的曲率半徑，R2為反射鏡(2)的曲率半徑，L為兩鏡之間距離。
2.一種按照權(quán)利要求
1所說的高功率橫流CO2激光選模腔，其特征在于所說的激光耦合窗口是ZnSe或GaAs的，所說的激光反射鏡為銅質(zhì)鍍金的。
3.一種按照權(quán)利要求
1或2所說的高功率橫流CO2激光選模腔，其特征在于所說的激光耦合窗口的周邊用水冷卻，所說的激光反射鏡采取背面水冷。
專利摘要
一種適用于高功率橫流CO
文檔編號H01S3/08GK85104370SQ85104370
公開日1986年12月3日 申請日期1985年6月8日
發(fā)明者程兆谷, 王潤文 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan