专利名称：高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔的制作方法
技术领域：
本发明提供一种高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔，属于激光技术领域。
背景技术：
目前国内外均认为定向棱镜谐振腔性能优越。程勇等，定向棱镜谐振腔的特性研究，中国激光2000年，V01.A27，NO.6。定向棱镜为全反射镜，激光棒的一端镀部分反射膜平面为输出镜，构成免调试式谐振腔。由于定向棱镜谐振腔内为平行光场，棱镜偏转不引起腔内振荡光线方向的改变。该腔允许失调角高达±20°，实测激光输出能量变化不超过5％，具有高度抗失调能力和机械稳定性。定向棱镜腔内的振荡光线绕平行于光轴对称位置(上下或左右)交叉穿行，能克服工作物质内部折射率、密度、应力等不均匀分布，使增益趋于均匀，光场分布均匀，能提高输出光束质量，实现低阶模输出。
定向棱镜谐振腔应用在高功率大能量时会引起腔镜热变形。张跃宁等，硅镜热畸变研究，中国激光，1997年，V0 l.A24，NO.8，对于30KW短波长激光器(如D1，01激光器)，即使硅镜表面反射率高达99.9％，硅镜的热变形已超过工作波长的1/10，不可避免地要影响激光束质量。
本人认为，腔镜热变形实旨是介质非线性极化。介质在光电场作用下产生热应力，热应力引起介质变形。如果介质变形小于工作波长的1/10(即小于入/10)，则介质为线性极化，光通过线性介质时频率不变。若介质变形大于入/10时，介质为非线性极化，光通过非线性介质时要产生新的频率，激光束发生模式畸变，影响光束质量。因此，谐振腔在工作范围内腔镜热变形必须小于入/10，否则影响激光束质量。
目前定向棱镜谐振腔，只能应用于中小功率或中小能量激光器。在高功率大能量应用时，由于腔镜热变形超过入/10，将引起介质非线性极化，使激光束发生模式畸变，不能实现低阶模输出。此外，输出镜与激光高斯光束特性不匹配，也引起激光束发生模式畸变，影响输出光束质量。
发明内容
本发明重点解决定向棱镜谐振腔，在高功率大能量应用时将引起腔镜热变形超过入/10，发生非线性极化，使激光束发生模式畸变。此外解决输出镜与激光高斯光束特性不匹配，将引起激光束发生模式畸变，最终使激光谐振腔不能实现低阶模输出。
本发明高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔，其特征在于，由定向棱镜(1)、对称双凸镜(2)所构成，定向棱镜(1)为全反射镜，对称双凸镜(2)为输出镜。谐振腔按着理论公式设计，其特征在于，在所工作范围内基本上保证腔镜热变形小于入/10，激光束不会发生模式畸变。腔镜选用导热系数高的材料，光束横截面积尽量大，其特征在于，能有效降低温差ΔT、降低热应力，能扩展工作范围。谐振腔输出镜采用双称双凸镜结构形式，其特征在于，腔镜结构与激光高斯光束特性相匹配，不会引起激光束发生模式畸变，有利于低阶模输出。
本发明高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔，采取上述技术措施之后保留了定向棱镜谐振腔优点，克服了它的缺点。谐振腔应用范围大幅度提高，能扩展到高功率大能量激光器应用，并且实现低阶模输出。
附图为一种高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔。
图中1是定向棱镜，2是对称双凸镜。
具体实施例方式
一种高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔，其特征在于，由定向棱镜(1)、对称双凸镜(2)所构成，定向棱镜(1)为全反射镜，对称双凸镜(2)为输出镜。
谐振腔按照理论公式设计，其特征在于，在谐振腔工作范围内基本上满足腔镜热变形小于入/10，激光束不发生模式畸变，在高功率大能量应用时实现低阶模输出。
其中a——材料线膨胀系数μ——材料泊松比E——材料杨氏模量 K——材料导热系数
β1——基底材料吸收系数 β2——镀膜吸收系数PL——激光器输出功率 P——窗口内外压力差R——腔镜横截面半径 r—— 腔镜某一点距光轴距离入——激光波长 dmax——腔镜最大厚度dmin——腔镜最小厚度定向棱镜、对称双凸镜最大厚度按dmax公式计算确定，腔镜压边厚度按dmin公式计算确定。对称双凸镜两曲面曲率半径绝对值要相等，即|R1|＝|R2|。
腔镜选用导热系数高的材料，光束横截面积尽量大，其特征在于，在谐振腔工作范围内有效降低温差、降低热应力，谐振腔工作范围能扩宽。
由传热学平板式一维热传导公式Q＝K/δ(T1-T2)A＝K/δ·ΔT·A(1)由(1)式得ΔT＝Qδ/KA (2)其中T1——高温侧温度T2——低温侧温度K——导热系数 δ——平板厚度A——转热面积 Q——热量由(2)式可知，当Q一定时，温差ΔT主要取决于K和A，当K大A大时则ΔT小，热应力小。
权利要求
1.一种高功率大能量低阶模输出的激光谐振腔，其特征在于由定向棱镜(1)、对称双凸镜(2)所构成，定向棱镜(1)为全反射镜，对称双凸镜(2)为输出镜。
2.根据权利要求1所述激光谐振腔，其特征在于谐振腔按理论公式设计 定向棱镜、对称双凸镜最大厚度按dmax确定，腔镜压边厚度按dmiu确定。
3.根据权利要求1所述激光谐振腔，其特征在于在高功率大能量应用时能实现低阶模输出。
4.按照权利要求1所述激光谐振腔，其特征在于，腔镜选用导热系数高的材料、光束横截面积尽量大。
全文摘要
本发明提供一种高功效大能量低价模输出的激光谐振腔，属于激光技术领域。该发明重点解决定向棱镜谐振腔在高功率大能量应用时，腔镜在热应力、压差作用下引起热变形大于入/10而导致激光束发生模式畸变，不能实现低阶模输出的问题。该发明激光谐振腔特征在于，由定向棱镜(1)、对称双凸镜(2)所构成，定向棱镜(1)为全反射镜，对称双凸镜(2)为输出镜，与激光高斯光束特性相匹配。谐振腔按照理论公式设计，腔镜选用导热系数高的材料、光束横截面积尽量大，其特征在于，在谐振腔工作范围内能扩宽，在高功率大能量应用时能实现低价模输出，能满足工业用户激光焊接、激光切割和激光热处理等优良激光加工要求。
文档编号H01S3/08GK101017953SQ20071008641
公开日2007年8月15日 申请日期2007年3月8日 优先权日2007年3月8日
发明者石景林 申请人:石景林