專利名稱：高功率腔內(nèi)聲光調(diào)制激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于激光諧振腔內(nèi)含有多級(jí)激光工作物質(zhì)和聲光Q開關(guān)的高功率腔內(nèi)聲光調(diào)制激光器。主要用于激光工業(yè)加工，特別適用于激光毛化等表面處理。
輸出脈沖重復(fù)頻率在千赫茲以上的激光器，為了獲得高的峰值功率，常用聲光Q開關(guān)。上?？茖W(xué)技術(shù)出版社出版，1979年6月第1版，由赫光生、雷仕湛編著的“激光器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”一書P247給出了目前通常采用的連續(xù)泵浦腔內(nèi)聲光調(diào)Q激光器。
已有技術(shù)1，如

圖1示，由全反射鏡1和激光輸出鏡5構(gòu)成的激光諧振腔6內(nèi)，在同一光軸上靠近全反射鏡1一端置有聲光Q開關(guān)2，靠近激光輸出鏡5的一端置有激光工作物質(zhì)4，在聲光Q開關(guān)2與激光工作物質(zhì)4之間置有小孔光闌3。這樣結(jié)構(gòu)的激光器能獲得重復(fù)頻率為幾千赫茲，平均輸出功率幾十瓦，輸出峰值功率數(shù)萬(wàn)瓦的高功率調(diào)Q激光輸出。但這種結(jié)構(gòu)，受到工作物質(zhì)尺寸、聲光Q開關(guān)關(guān)斷功率和有效孔徑的限制，只能達(dá)到一定的調(diào)Q激光功率輸出。
已有技術(shù)2如圖2示，由全反射鏡1和激光輸出鏡5構(gòu)成的激光諧振腔6內(nèi)，由全射鏡1至激光輸出鏡5之間依次置有聲光Q開關(guān)2，小孔光闌3，兩級(jí)激光工作物質(zhì)4、7并排串接置放著。這種結(jié)構(gòu)雖能提高激光輸出功率，然而要求聲光Q開關(guān)的關(guān)斷功率高，有效孔徑要大。因此要想獲得更高的連續(xù)泵浦的調(diào)Q激光功率輸出，將是十分困難的。
本發(fā)明的目的為克服上述激光器的不足，提供一種在激光諧振內(nèi)既含有多級(jí)激光工作物質(zhì)和聲光Q開關(guān)，又對(duì)聲光Q開關(guān)要求不苛刻的連續(xù)泵浦的高功率腔內(nèi)聲光調(diào)制激光器。
本發(fā)明激光器的結(jié)構(gòu)是在由全反射鏡1和激光輸出鏡5構(gòu)成的激光諧振腔6內(nèi)在同一光軸上，置有n(n≥2)級(jí)相同的激光工作物質(zhì)4、7、9、10和m(m＜n)個(gè)性能相同的聲光Q開關(guān)2、8。其中n級(jí)激光工作物質(zhì)4、7、9、10是同種類的工作物質(zhì)，而且?guī)缀涡螤詈屯庑纬叽缫餐耆嗤?。因?yàn)閷?duì)于每級(jí)激光工作物質(zhì)4、7、9、10經(jīng)過連續(xù)泵浦源的泵浦光泵浦之后均感生形成一熱透鏡，即均形成一感生熱焦點(diǎn)O、O1、O2，其感生熱焦距為f1，f2，f3，…，fn，在本發(fā)明中要求每級(jí)熱焦距均相等，即f1＝f2＝f3…＝fn＝f，并要求每相鄰兩級(jí)激光工作物質(zhì)4與7，或4與9都具有共同的熱焦點(diǎn)O、O1、O2，也就是要求兩激光工作物質(zhì)4與7的中心(相當(dāng)于工作物質(zhì)熱透鏡位置)之間的距離為2f，兩激光工作物質(zhì)4與9中心之間的距離也為2f。此時(shí)，腔內(nèi)的振蕩激光束為最大限度地充滿激光工作物質(zhì)，從而可以獲得高效率、高光束質(zhì)量的高激光功率振蕩。同時(shí)激光諧振腔6內(nèi)有m個(gè)相同的聲光Q開關(guān)2、8的中心是置于2f的中點(diǎn)O上，即置于兩級(jí)激光工作物質(zhì)4、7或4、9的公共熱焦點(diǎn)上，此時(shí)，一方面可減小對(duì)聲光Q開關(guān)的有效孔徑要求，另一方面由于激光工作物質(zhì)是分級(jí)以聲光Q開關(guān)2、8的中心，也就是以公共熱焦點(diǎn)為對(duì)稱中心置放的(例如圖3或圖5)，從而激光器的增益分布使聲光Q開關(guān)的關(guān)斷功率成倍地提高，至此實(shí)現(xiàn)了高功率調(diào)Q激光的輸出。
所說的激光工作物質(zhì)4、7、9、10，…，是固體工作物質(zhì)，如可以選擇Nd∶YAG晶體、Nd∶YLF晶體或Nd∶YAP晶體。但置于同一激光器的激光諧振腔6內(nèi)，有n級(jí)激光工作物質(zhì)4、7、9、10，…時(shí)，每一級(jí)所選取的工作物質(zhì)的種類必須是相同的，而且?guī)缀涡螤?、外形尺寸也完全相同?br> 本激光器的優(yōu)點(diǎn)是每?jī)杉?jí)激光工作物質(zhì)和聲光Q開關(guān)都置于最佳地?zé)嵫a(bǔ)償?shù)奈恢?，?jīng)連續(xù)泵浦后可以獲得高效率、高光束質(zhì)量的高激光功率輸出，每個(gè)聲光Q開關(guān)的中心置于相鄰兩級(jí)工作物質(zhì)之間的熱焦點(diǎn)上，可以大大提高聲光Q開關(guān)的關(guān)斷功率以及提高聲光Q開關(guān)有效工作孔徑，從而不僅對(duì)聲光Q開關(guān)的要求不苛刻，而且會(huì)使得聲光Q開關(guān)的作用發(fā)揮得更好。
下面結(jié)合實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是已有技術(shù)1的激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是已有技術(shù)2的激光器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明激光器(n＝2，m＝1)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明激光器(n＝3，m＝2)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明激光器(n＝4，m＝1)的一種結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例1如圖3所示。在全反射鏡1與激光輸出鏡5所構(gòu)成的激光諧振腔6內(nèi)，置有兩級(jí)(n＝2)激光工作物質(zhì)4、7，激光工作物質(zhì)選用棒狀的Nd∶YAG，外形尺寸均為φ7×105mm，基波為1.064nm，兩級(jí)激光工作物質(zhì)4、7感生的熱透鏡焦距為f1＝f2＝f＝260mm，則兩級(jí)激光工作物質(zhì)4與7的中心之間距離恰好是2f＝260mm×2＝520mm，所以感生的熱透鏡焦點(diǎn)O是兩級(jí)激光工作物質(zhì)4與7的公共焦點(diǎn)。置于兩級(jí)工作物質(zhì)4、7之間的聲光Q開關(guān)2的中心恰好與公共焦點(diǎn)O重合。也就是說兩級(jí)激光工作物質(zhì)4與7相對(duì)聲光Q開關(guān)2是完全對(duì)稱的。
本實(shí)施例中，采用連續(xù)泵浦的泵浦源，聲光Q開關(guān)2的關(guān)斷功率為35W，因?yàn)椴捎昧松鲜霰景l(fā)明的結(jié)構(gòu)，使得聲光Q開關(guān)的關(guān)斷激光功率成倍地增長(zhǎng)，即可達(dá)到70W。而且輸出激光發(fā)散度小于10毫弧度。
實(shí)施例2如圖4示。在全反射鏡1與激光輸出鏡5所構(gòu)成的激光諧振腔6內(nèi)，同光軸的分別以兩(m＝2)性能完全相同的聲光Q開關(guān)2、8對(duì)稱的置有三級(jí)(n＝3)激光工作物質(zhì)4、7、9，即聲光Q開關(guān)2的中心O1為激光工作物質(zhì)9與4所感生的熱透鏡焦點(diǎn)，聲光Q開關(guān)8的中心O2為激光工作物質(zhì)4與7所感生的熱透鏡焦點(diǎn)。本實(shí)施例的激光器獲得了高質(zhì)量的高激光功率的輸出。
實(shí)施例3如圖5所示。在全反射鏡1與激光輸出鏡5所構(gòu)成的激光諧振腔6內(nèi)，同光軸的以聲光Q開關(guān)2對(duì)稱的置放有四級(jí)(n＝4)激光工作物質(zhì)4、7、9、10，也就是說聲光Q開關(guān)2的中心O是四級(jí)激光工作物質(zhì)4與7，9與10的公共熱焦點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.一種高功率腔內(nèi)聲光調(diào)制激光器，在由全反射鏡(1)與激光輸出鏡(5)所構(gòu)成的激光諧振腔(6)內(nèi)，同光軸的置有激光工作物質(zhì)(4)與聲光Q開關(guān)(2)，其特征在于(1)在同一激光諧振腔(6)內(nèi)，同光軸的置有n(n≥2)級(jí)激光工作物質(zhì)(4)、(7)、(9)、(10)，及m個(gè)(m＜n)聲光Q開關(guān)(2)、(8)；(2)置于同一激光諧振腔(6)內(nèi)的n級(jí)激光工作物質(zhì)所形成的感生熱透鏡的熱焦距均相等，即f1＝f2＝f3，…，＝fn＝f；(3)置于同一激光諧振腔(6)內(nèi)，每相鄰兩級(jí)激光工作物質(zhì)(4)與(7)、(4)與(9)均有公共熱焦點(diǎn)O、O1、O2；(4)置于激光諧振腔(6)內(nèi)的聲光Q開關(guān)(2)、(8)性能相同，而且它的中心恰好是相鄰兩級(jí)激光工作物質(zhì)(4)與(7)，(4)與(9)的公共熱焦點(diǎn)O、O1、O2.
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光器，其特征在于置于同一激光諧振腔(6)內(nèi)的n級(jí)激光工作物質(zhì)的種類，幾何形狀和外形尺寸均相同。
3.依據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種激光器，其特征在于所說的激光工作物質(zhì)是固體工作物質(zhì)，如Nd∶YAG晶體、Nd∶YLF晶體、Nd∶YAP晶體。
全文摘要
一種高功率腔內(nèi)聲光調(diào)制激光器,適用于激光工業(yè)加工和激光毛化表面熱處理等。激光器的構(gòu)成是在激光諧振腔內(nèi)同光軸的置有n級(jí)(n≥2)具有感生熱焦距相等(即f
文檔編號(hào)H01S3/06GK1169607SQ9611640
公開日1998年1月7日 申請(qǐng)日期1996年6月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月26日
發(fā)明者胡企銓, 王文耀, 江敏華 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所