专利名称：一种多程式大功率横流CO<sub>2</sub>激光器谐振腔的制作方法
技术领域：
本实用新型属于激光技术领域中涉及的一种大功率横流co2激
光器的谐振腔。 技术背景
大功率横流co2激光器输出模式质量差，长期以来一直是限制其
应用和发展的一个重要问题。为解决这一问题，此前多采用在腔内插 入光阑或小孔偶合的方法，虽然可相对简单和有效地实现激光输出模 式的改善，但由于实际上减小了参与激光振荡的模体积，大大降低了 激光器的转换效率，所以只有对激光功率要求不高，且不考虑转换效 率的情况下才会采取此方法选模。目前已有几种折叠式多程谐振腔结 构设计，与本实用新型最为接近的己有技术是由华中理工大学激光技
术国家重点实验室的卢宏等人提出的，发表于《激光杂志》1999年第 20巻第1期，如图1所示。该谐振腔结构包括全反射镜1、第一平面 折叠反射镜2、放电增益区3、第二平面折叠反射镜4和输出镜5。 此结构的设计较好地解决了光阑或小孔偶合法带来的有效模体积减 小、效率严重降低的问题，提高了激光输出模式质量。但这种谐振腔 的结构设计，对第一平面折叠反射镜2和第二平面折叠反射镜4的加 工及腔镜的整体装调的精度要求都非常高，而且在使用中很难消除寄 生振荡对输出模式的影响(寄生模是由于输出镜5与第一平面折叠全 反镜2、第二平面折叠全反镜4形成振荡，或第一平面折叠反射镜2与第二平面折叠反射镜4之间形成振荡而生成的模)。由此，我们想
到利用多程室的原理可实现大功率横流C02激光器输出模式的改善。 多程室(Multiple-pass cell)的概念，起源于1954年Pirce对周期性 的聚焦系统中近轴光线传播的分析及在电子束传播中的应用。1963 年，Herriott开始了此技术在光学领域的应用研究，利用He-Ne激光 器验证了球面和象散谐振腔的多程几何形状，指出多程干涉仪在长光 程吸收和激光放大器的研究方面具有潜在的应用价值，还可用于精确 地测量反射镜的反射率，并暗示其可作为光学延迟线性存储器用于进 行数据的存储和处理。70年代末这一技术成功地应用于受激拉曼散 射(SRS)，这也是目前被广泛使用的实现受激拉曼散射获得可调谐 红外激光的方法。
多程室的工作原理结构如图2所示，它由相对放置的球面反射镜 6和球面反射镜7组成。球面反射镜6上开有第一小孔8，球面反射 镜7上开有第二小孔9,假设一束光通过球面反射镜6上的第一小孔 8入射到腔内，在腔内形成震荡，每次往返后光束在球面反射镜6和 球面反射镜7面上与光轴都会发生偏移和偏转，从而使光线沿着反射 镜表面以正弦曲线运动的方式行进，其振幅取决于初始情况，偏转角 取决于谐振腔的参数g值(参见Multiple-pass Raman gain cell, APPLIED OPTICS/vol.l9.No.2/15 January 1980)。 发明内容
为克服已有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种可 有效利用模体积，激光输出模式好，结构简单，调整方便，适用于大体积放电的大功率横流C02激光器的需要，特设计一种谐振腔结构。 本实用新型要解决的技术问题是提供一种多程式大功率横流
CCb激光器谐振腔。解决技术问题的技术方案如图3所示，包括第一 球面反射镜IO、第一球面反射镜模板ll、第一通光孔12、第一布氏 窗13、放电增益区14、第二布氏窗15、第二球面反射镜模板16、第 二通光孔17、第二球面反射镜18和输出平面反射镜19。第一球面反 射镜10和第二球面反射镜18的反射面相对安装，在第一球面反射镜 模板11和第二球面反射镜模板16上根据光束往返次数设计要求的位 置，分别开有第一通光孔12和第二通光孔17，两个球面反射镜膜板 上的通光孔在球面反射镜膜板的边缘部位呈圆周形均匀分布，此时的 有效激光模体积为最大值，第一球面反射镜10与第一球面反射镜模 板11，第二球面反射镜18与第二球面反射镜模板16的曲率半径分 别相同，带有第一通光孔12的第一球面反射镜膜板11与第一球面反 射镜10的反射面紧密接触，带有第二通光孔17的第二球面反射镜膜 板16与第二球面反射镜18的反射面紧密接触；在第一球面反射镜 IO和第一球面反射镜模板11的右侧置有第一布氏窗13,在第二球面 反射镜18和第二球面反射镜模板16的左侧置有第二布氏窗15，该 两个布氏窗之间是放电增益区14;输出平面反射镜的反射面与谐振 腔的光轴成一定角度安装，激光通过反射镜膜板上的通光孔露出部分 的第一球面反射镜10和第二球面反射镜18表面依次反射后，由输出 平面反射镜19射出腔外。
工作原理说明本实用新型是基于前述的多程室原理设计的一种新型大功率横流C02激光器谐振腔结构。激光器的腔镜由相对放置的 第一球面反射镜10和第二球面反射镜18构成，激光在两镜之间经多 次反射后，由平面反射镜19输出腔外，通过改变第一反射镜膜板ll 和第二球面反射镜模板16上开孔的位置设定激光往返震荡的次数。
本实用新型的积极效果是采用外腔式结构，即放电增益区14 由第一布氏窗13和第二布氏窗15封闭，第一球面反射镜10、第二 球面反射镜18的间距可根据实际情况和设计要求随时改变，第一球 面反射镜模板11和第二球面反射镜模板16可根据激光震荡往返次数 N设计，无需更换第一球面反射镜10和第二球面反射镜18，并可利 用第一通光孔12和第二通光孔17的直径和位置调整输出激光的模 式，很好地限制了寄生模的形成，方便地实现了大体积放电的横流 C02激光器高功率基模(或低阶模)输出。
图1是己有技术的折叠式横流C02激光器谐振腔结构示意图； 图2是多程室技术原理设计的激光谐振腔剖面结构示意图； 图3是本实用新型的剖面结构示意图。
具体实施方式
本实用新型按图3所示的多程式横流C02激光器谐振腔结构实 施。其中，第一球面反射镜10和第二球面反射镜18由无氧铜抛光制 成，表面镀金及硬质保护膜，直径①60mm，曲率半径R8000mm，两个 反射镜间距L2000mm;放电增益区14截面尺寸40X40mm;放电增益 区长度为1800mm;第一布氏窗13和第二布氏窗15采用ZnSe材料抛光制成，布氏角67.4。；第一球面反射镜模板ll和第二球面反射镜模 板16为由铝制成的漫反射板，直径O)60mm，曲率半径R8000mm，板 厚d0.6mm;输出平面反射镜19由无氧铜抛光制成，表面镀金，直径 ①8mm，其中心距光轴15mm。第一球面反射镜模板11上的第一通光 孔12和第二球面反射镜模板16上的第二通光孔17直径为04. 5mm， 激光在腔内的往返振荡次数为N:21，实际激光输出为基模。
权利要求1、一种多程式大功率横流CO2激光器谐振腔，包括放电增益区，其特征在于还包括第一球面反射镜(10)、第一球面反射镜模板(11)、第一通光孔(12)、第一布氏窗(13)、第二布氏窗(15)、第二球面反射镜模板(16)、第二通光孔(17)、第二球面反射镜(18)和输出平面反射镜(19)；第一球面反射镜(10)和第二球面反射镜(18)的反射面相对安装，在第一球面反射镜模板(11)和第二球面反射镜模板(16)上分别开有第一通光孔(12)和第二通光孔(17)，两个球面反射镜膜板上的通光孔在球面反射镜膜板的边缘部位呈圆周形均匀分布，第一球面反射镜(10)与第一球面反射镜模板(11)，第二球面反射镜(18)与第二球面反射镜模板(16)的曲率半径分别相同，带有第一通光孔(12)的第一球面反射镜膜板(11)与第一球面反射镜(10)的反射面紧密接触，带有第二通光孔(17)的第二球面反射镜膜板(16)与第二球面反射镜(18)的反射面紧密接触；在第一球面反射镜(10)和第一球面反射镜模板(11)的右侧置有第一布氏窗(13)，在第二球面反射镜(18)和第二球面反射镜模板(16)的左侧置有第二布氏窗(15)，该两个布氏窗之间是放电增益区(14)；输出平面反射镜(19)的反射面与谐振腔的光轴成一定角度安装。
专利摘要一种多程式大功率横流CO<sub>2</sub>激光器谐振腔，属于激光技术领域中涉及的一种谐振腔。要解决的技术问题是提供一种多程式大功率横流CO<sub>2</sub>激光器谐振腔。技术方案包括第一、二球面反射镜、第一、二通光孔、第一、二布氏窗、放电增益区、第一、二球面反射镜模板和输出平面反射镜。第一、二球面反射镜的反射面相对安装，在第一、二球面反射镜模板上分别开有第一、二通光孔，第一、二球面反射镜膜板分别与第一、二球面反射镜的反射面紧密接触，在第一、第二球面反射镜之间置有第一、第二布氏窗，两个布氏窗之间是放电增益区；输出平面反射镜的反射面与光轴成一定角度安装，激光通过反射镜膜板上通光孔的反射面依次反射后，由输出平面反射镜射出腔外。
文档编号H01S3/034GK201130810SQ20072009475
公开日2008年10月8日 申请日期2007年12月12日 优先权日2007年12月12日
发明者李殿军, 谢冀江 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所