專利名稱：可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種激光光學(xué)諧振腔光腔頭，特別是一種可調(diào)節(jié)諧振腔腔長(zhǎng)的光腔頭，屬激光裝置技術(shù)領(lǐng)域。
目前在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中使用的大功率二氧化碳激光器主要用于部件的表面改性處理、打孔切割和焊接三個(gè)方面。
用于激光表面改性處理的激光器的光束橫模多數(shù)為高階多模，而用于激光切割和焊接的激光器的光束橫模多數(shù)是低階?；蚧?。在激光孔徑相同的情況下，激光光束的橫模特性主要取決于激光器光學(xué)諧振腔的長(zhǎng)度。光學(xué)諧振腔越短、輸出激光束的橫模階數(shù)越高、可能存在的橫模模式越多。反之，光學(xué)諧振腔越長(zhǎng)，輸出激光束的橫模階數(shù)越低，可能同時(shí)存在的橫模模式越少，最低可達(dá)基模，在有限的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)低階模輸出的一項(xiàng)基本技術(shù)就是光學(xué)諧振腔的折疊技術(shù)。
目前國(guó)內(nèi)外只有僅輸出低階?；騼H輸出高階模的橫向流動(dòng)二氧化碳激光器，還沒(méi)有在同一臺(tái)激光器中可方便地實(shí)現(xiàn)輸出高階多模和低階多模的轉(zhuǎn)換。國(guó)內(nèi)可輸出低階模的橫向流動(dòng)二氧化碳激光器多采用限模的方法，而國(guó)外的輸出低階模的橫向流動(dòng)二氧化碳激光器雖采用折疊式光學(xué)諧振腔，但都不能在諧振腔外部進(jìn)行光學(xué)諧振腔的調(diào)整。
本實(shí)用新型的目的是提供一種在同一臺(tái)橫向流動(dòng)二氧化碳激光器中通過(guò)簡(jiǎn)便的轉(zhuǎn)換即可選擇輸出高階多模或低階多模的光學(xué)諧振腔腔頭，而且還可在諧振腔外部進(jìn)行光學(xué)諧振腔的調(diào)整。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭，它包括輸出耦合鏡、尾鏡、腔頭板等，其基本改進(jìn)之處是它還設(shè)有轉(zhuǎn)折鏡及其調(diào)整機(jī)構(gòu)；所述輸出耦合鏡、尾鏡及調(diào)整機(jī)構(gòu)均安裝在腔頭板的諧振腔外側(cè)面上；所述轉(zhuǎn)折鏡安裝在腔頭板的諧振腔內(nèi)側(cè)面上，所述轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在諧振腔外側(cè)；所述輸出耦合鏡、尾鏡與轉(zhuǎn)折鏡并行排列在腔頭板的縱軸位置上，腔頭板的安裝位置設(shè)計(jì)成可作180度反轉(zhuǎn)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，反轉(zhuǎn)后，輸出耦合鏡、尾鏡與轉(zhuǎn)折鏡的位置交換。
上述可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭，所述輸出耦合鏡、尾鏡安裝座固定于輸出耦合鏡、尾鏡調(diào)整架之上，由波汶管與腔頭板密封連接，在輸出耦合鏡、尾鏡調(diào)整架上有呈直角三角形分布的三只調(diào)整螺栓，其中直角頂位置的螺栓是固定的，另兩只調(diào)整螺栓可調(diào)整。
上述可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭，所述轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)為由轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架內(nèi)固定板、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺栓、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架外固定板組成的轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架，三只波汶管一端與轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺栓緊密相連，另一端與腔頭板緊密相連，為真空密封；轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架內(nèi)固定板上有轉(zhuǎn)折鏡安裝座；轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架外固定板上有調(diào)整螺栓，調(diào)整螺栓共三只呈直角三角形分布，其中，直角頂位置的調(diào)整螺栓固定，另兩只調(diào)整螺栓可調(diào)整。
本實(shí)用新型由于采取上述結(jié)構(gòu)，可帶來(lái)兩大優(yōu)點(diǎn)第一，通過(guò)180度調(diào)轉(zhuǎn)腔頭板的安裝位置，使耦合鏡、尾鏡與轉(zhuǎn)折鏡的相對(duì)位置發(fā)生變化，可實(shí)現(xiàn)光學(xué)諧振腔在單程腔和任意奇數(shù)折疊腔之間的方便轉(zhuǎn)換，從而改變光學(xué)諧振腔的腔長(zhǎng)，可選擇輸出多階多?；虻碗A多模的光束；第二，采用波汶管密封技術(shù)和直角三角形位置配置調(diào)整螺栓還可解決在諧振腔外部對(duì)耦合鏡、尾鏡和轉(zhuǎn)折鏡進(jìn)行精密調(diào)整和密封的難題。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳述

圖1是本實(shí)用新型腔頭板的主視圖；圖2是本實(shí)用新型腔頭板的左視圖；圖3是本實(shí)用新型腔頭板的右視圖；圖4是本實(shí)用新型單程光學(xué)諧振腔示意圖；圖5是本實(shí)用新型折疊光學(xué)諧振腔示意圖；圖6是本實(shí)用新型五折腔頭腔頭板與輸出耦合鏡、尾鏡和轉(zhuǎn)折鏡的相對(duì)位置示意圖；圖7是本實(shí)用新型七折腔頭腔頭板與輸出耦合鏡、尾鏡和轉(zhuǎn)折鏡的相對(duì)位置示意圖；圖1、圖2、圖3所描述的光學(xué)諧振腔光腔頭，其結(jié)構(gòu)是由輸出耦合鏡、尾鏡機(jī)構(gòu)(它包括調(diào)整螺栓、密封波汶管、安裝座等)、轉(zhuǎn)折鏡及其調(diào)整機(jī)構(gòu)(它包括轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺桿密封波汶管，調(diào)整螺栓等)、腔頭板三個(gè)主要部分組成。除輸出耦合鏡與尾鏡的安裝座可有些差異外，輸出腔頭和后腔頭的基本結(jié)構(gòu)完全相同。輸出耦合鏡、尾鏡調(diào)整架2帶有輸出耦合鏡、尾鏡安裝座4，通過(guò)波汶管9與腔頭板1密封連接，調(diào)整三只調(diào)整螺栓3可實(shí)現(xiàn)鏡面的精密調(diào)整。這三只螺檢呈直角三角形配置，直角頂處的螺栓可固定(不調(diào)整)，另兩只螺栓分別負(fù)責(zé)鏡面在兩個(gè)互相垂直方向的調(diào)整，因而這兩只調(diào)整螺栓互不干擾。轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架外固定板6、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架內(nèi)固定板13、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺桿10、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架緊固螺栓7和11，他們之間剛性連接，構(gòu)成轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架。三只波汶管5一端與轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺桿10緊密相連，另一端與腔頭板1緊密相連，以實(shí)現(xiàn)真空密封。腔頭板1上對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺桿的部位各有一個(gè)較大的孔，以便整個(gè)調(diào)整架能在一定范圍內(nèi)調(diào)整。轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架內(nèi)固定板上帶有轉(zhuǎn)折鏡12及其水冷機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)折鏡安裝座14等。整個(gè)調(diào)整架由三只調(diào)整螺栓8實(shí)現(xiàn)精密調(diào)整，整調(diào)螺栓8的配置與調(diào)整方法與上述耦合鏡、尾鏡的調(diào)整螺栓類似。
光學(xué)諧振腔由上面描述的輸出腔頭16和后腔頭15兩個(gè)腔頭緊密(真空密封)地安裝在激光器箱體相對(duì)的兩側(cè)構(gòu)成。
本實(shí)用新型所描述的光學(xué)諧振腔腔頭可實(shí)現(xiàn)單程腔和任意奇數(shù)折疊腔之間的方便轉(zhuǎn)換。在單程腔配置下輸出高階多模，在折疊腔配置下輸出較低階模。在要求輸出低階模(不大于2階模)的情況下，光學(xué)諧振腔的菲聶爾數(shù)應(yīng)不大于2，由此決定折疊腔的折疊次數(shù)。
圖4是單程腔的后腔頭15與輸出腔頭16的配置示意圖。輸出腔頭16的輸出耦合鏡與后腔頭15的尾鏡正對(duì)，此為單程腔，輸出高階多模光束。
圖5是折疊腔時(shí)的后腔頭15與輸出腔頭16的配置情況。此時(shí)將單程腔時(shí)的后腔頭15的腔頭板1繞腔頭板對(duì)稱中心O旋轉(zhuǎn)180度，腔頭板1上的尾鏡和轉(zhuǎn)折繞位置交換，后腔頭15的尾鏡對(duì)輸出腔頭16的轉(zhuǎn)折鏡，后腔頭15的轉(zhuǎn)折鏡對(duì)輸出腔頭16的輸出鏡，光學(xué)諧振腔轉(zhuǎn)換為多折折疊腔，圖5中的折疊腔是單程腔的五倍，可輸出較低階模。
圖6和圖7給出五折腔頭和七折腔頭時(shí)的輸出耦合鏡、尾鏡和轉(zhuǎn)折鏡的相對(duì)位置。一般情況下，當(dāng)折疊腔的折數(shù)為2n+1時(shí)，轉(zhuǎn)折鏡的長(zhǎng)度L=n.d(d為尾鏡的有效直徑)，轉(zhuǎn)折鏡的寬度W≥d。轉(zhuǎn)折鏡長(zhǎng)方向的中心線與腔頭板一個(gè)方向的中心線重合，并通過(guò)輸出耦合鏡、尾鏡中心。轉(zhuǎn)折鏡寬方向一個(gè)邊緣與輸出耦合鏡、尾鏡的邊緣相切，轉(zhuǎn)折鏡寬方向的另一個(gè)與腔頭板另一中心線相距(L+d)/2(即輸出耦合鏡、尾鏡直徑與轉(zhuǎn)折鏡長(zhǎng)度之和的平分線與腔頭板另一中心線重合)。
本實(shí)施例中，光學(xué)諧振腔腔頭全部用低熱膨脹系數(shù)材料制成，以保證光學(xué)諧振腔的熱穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1．一種可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭，它包括輸出耦合鏡、尾鏡、腔頭板[1]等，其特征在于它還設(shè)有轉(zhuǎn)折鏡[12]及其調(diào)整機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)折鏡[2]安裝在腔頭板[1]的諧振腔內(nèi)側(cè)面上，所述轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)安裝在諧振腔外側(cè)；所述輸出耦合鏡、尾鏡與轉(zhuǎn)折鏡[12]并行排列在腔頭板[1]的縱軸位置上，腔頭板[1]的安裝位置設(shè)計(jì)成可作180度反轉(zhuǎn)的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，反轉(zhuǎn)后，輸出耦合鏡、尾鏡與轉(zhuǎn)折鏡[2]的位置交換。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭，其特征在于輸出耦合鏡、尾鏡安裝座[4]固定于輸出耦合鏡、尾鏡調(diào)整架[2]之上，由波汶管[9]與腔頭板[1]密封連接，在輸出耦合鏡、尾鏡調(diào)整架[2]上有呈直角三角形分布的三只調(diào)整螺栓[3]，其中，處于直角頂位置的調(diào)整螺栓[3]固定，另兩只調(diào)整螺栓[3]可調(diào)整。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭，其特征在于轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整機(jī)構(gòu)是由轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架內(nèi)固定板、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺栓[10]、轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架外固定板[6]組成的轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架，三只波汶管[5]一端與轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架固定螺栓[10]緊密相連，另一端與腔頭板[1]緊密相連，為真空密封；轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架內(nèi)固定板[13]上有轉(zhuǎn)折鏡安裝座[14]；轉(zhuǎn)折鏡調(diào)整架外固定板[6]上有調(diào)整螺栓[8]，調(diào)整螺栓[8]共三只呈直角三角形分布，其中，處于直角頂位置的調(diào)整螺栓[8]固定，另兩只調(diào)整螺栓[8]可調(diào)整。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種可變腔長(zhǎng)的光學(xué)諧振腔光腔頭,它包括輸出耦合鏡、尾鏡、腔頭板等,并設(shè)有轉(zhuǎn)折鏡及調(diào)整機(jī)構(gòu)。通過(guò)調(diào)整輸出耦合鏡、尾鏡和轉(zhuǎn)折鏡的相對(duì)位置,可以實(shí)現(xiàn)光學(xué)諧振腔在單程腔和任意奇數(shù)折疊腔之間的方便轉(zhuǎn)換,以選擇輸出多階多模或低價(jià)多模的光束。本實(shí)用新型還解決了在諧振腔外部對(duì)耦合鏡、尾鏡、轉(zhuǎn)折鏡進(jìn)行調(diào)整和密封的問(wèn)題。
文檔編號(hào)H01S3/00GK2318733SQ9820116
公開(kāi)日1999年5月12日 申請(qǐng)日期1998年2月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月17日
發(fā)明者謝占武, 康建章, 趙治國(guó) 申請(qǐng)人:河北省科學(xué)院激光研究所