专利名称：一种大功率激光器装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种二氧化碳激光器和灯泵浦固体激光器装置，尤其涉及扩散冷却二氧化碳激光器的谐振 腔结构及其激光器结构和灯泵浦固体激光器的谐振腔结构及其激光器结构。
背景技术：
我们知道扩散冷却二氧化碳激光器目前的代表是一一Rofm的扩散冷却射频激励二氧化碳激光器， Rofin连续波8KW扩散冷却射频激励二氧化碳激光器代表了当今扩散冷却二氧化碳激光器的顶级科技水 平，Rofin平板形射频激励扩散冷却二氧化碳激光器，从谐振腔输出的激光是矩形的光波，要经过复杂整形 光路使之变成近似圆形的TEM。。模波形，而且调整模式比较困难；由于是平板射频放电结构，要使整个平 板内放电均匀，调整电路的匹配比较困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于，提供一种同轴结构扩散冷却激光器装置，使激光器的连续波激 光功率达到IOKW或以上，不仅能够解决平板形激光器需要复杂的矩形转圆形光路和调模困难的问题，还 能够解决电路的匹配和放电的均匀性；另外，同轴光路结构应用于灯泵浦固体激光器，能够充分利用灯发 出的光转为激光，也即解决了固体激光器的光光转换效率低的问题。
本发明的基本思路是设计一种大功率激光器装置，其特征在于包括圆管形光谐振腔、圆柱形内导 体、圆管形外导体和射频电源；所述圆柱形内导体套在所述圆管形外导体内并形成同轴结构，所述圆管形 光谐振腔处于所示内外导体的中间，在谐振腔内充入C02、 N2、 He和Xe、 CO、 02等气体，所述射频电 源接通所示内外导体，使所示光谐振腔内的C02产生激光。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述圆柱形内导体和圆管形外导体内部分布有冷却水管 道进行冷却。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形凹面镜，输出镜为环形平 面半透明(40%透光率左右)反射镜组成的稳谐振腔。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形凹面镜，输出镜为环形凹 面半透明(40%透光率左右)反射镜组成的稳谐振腔。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形凹面镜，输出镜为环形螺 旋半透明(40%透光率左右)反射镜(其结构类似弹簧垫圈)组成的稳一非稳谐振腔。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形螺旋反射镜(其结构类似 弹簧垫圈)，输出镜为十透明(40%透光率左右)环形凹面镜组成的稳一非稳谐振腔。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于还包括圆锥外反射镜、平顶圆锥内反射镜和透光镜，所述透光镜安装在所述平顶圆锥内反射镜的平顶位置，所述圆锥外反射镜安装在所述光谐振腔输出镜侧的圆 柱形内导体上，且圆锥在圆柱形内导体轴线上，所述平顶圆锥内反射镜安装在圆管形外导体上，并与圆锥 外反射镜组成一对反射镜，用于反射环形激光束形成点激光束，所述环形激光束射入所述平顶圆锥内反射 镜上，再反射到所述圆锥外反射镜上，且环形激光束的内圆环与圆锥外反射镜的锥顶重合，再由圆锥外反 射镜反射通过所述透光镜输出点激光束。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于还包括由双曲面组成的外反射镜、由抛物面组成的内反 射镜，所述双曲面组成的外反射镜安装在所述光谐振腔输出镜侧的圆柱形内导体上，且与圆柱形内导体同 轴，所述抛物面组成的内反射镜安装在圆管形外导体上，并与双曲面组成的外反射镜组成一对反射镜，所 述双曲面组成的外反射镜处于抛物面组成的内反射镜的焦点上，所述环形激光束入射到所述抛物面反射镜 上，再反射到抛物面的焦点上，通过安装在所述焦点位置的双曲面反射形成点光束，再通过所述抛物面顶 端的激光束输出窗输出激光束。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述光谐振腔所处的内外导体上镀一层陶瓷膜，并在所 述陶瓷膜外镀上含铂一稀土催化剂或二氧化钛光催化材料，所述催化剂或光催化材料能有效促进CO和O 反应生成C02，同时将Nx转化为N2，从而维持激光原料气C02-N2-He组成不变，进而循环利用。
本发明提供的基于上述的装置，其特征在于所述光谐振腔改成固体谐振腔，所述圆柱形内导体改成 圆柱形泵浦光源，所述圆管形外导体改成管形内反射镜，射频电源改成所述泵浦光源的驱动器，光路不变 组成光泵浦固体激光器。
为达到上述目的，本发明公开了一种大功率激光器装置，包括光谐振腔、内导体和外导体(或内泵浦 光源和外反射镜)组成的同轴结构激光器，输出环形激光束，再经过抛物面和双曲面的聚焦和反射输出点 激光束。
以下附图有助于详细的理解本发明，但仅仅是为了举例解释说明，不应被理解为对本发明的限制。 图1为本发明所述装置的第一个实施例剖面结构示意图； 图2为本发明所述装置的第二个实施例剖面结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做详细的说明。下面的说明将有助于本领域的技术人员更好的理 解本发明的其他优点、目的和特征。
首先介绍本发明所述装置的第一实施例，参考图l。图l所示的一种大功率激光器装置l，用于输出大 功率激光束，该装置l主要包括由环形凹面镜IO、环形平面半透明(40%透光率左右)反射镜ll组成的 光谐振腔12,圆柱形内导体13,圆管形外导体14，射频电源19，抛物面组成的内反射镜1C，双曲面组成的外反射镜1A和激光束输出窗1B，及内外导体固定支架18，内导体冷却水系统16，外导体冷却水系统 15,气体供排系统17。
图1所示，装置1由同轴的所述圆柱形内导体3和所述圆管形外导体14中间的环形空间内由所述环 形凹面镜10、所述环形平面半透明(40%透光率左右)反射镜11组成所述光谐振腔12，当所述圆柱形内 导体13和圆管形外导体14接通所述射频电源19时，所述光谐振腔产生激光，并由所述环形平面半透明(40% 透光率左右)反射镜11输出环形激光束，通过所述抛物面组成的内反射镜1C，反射并聚焦到所述抛物面 1C的焦点上，由处在抛物面1C焦点的双曲面组成的外反射镜1A反射输出点激光束；所述双曲面组成的 外反射镜1A安装在所述光谐振腔输出镜11侧的圆柱形内导体13上，且与圆柱形内导体13同轴，所述抛 物面组成的内反射镜1C安装在圆管形外导体14上，并与所述双曲面组成的外反射镜1A组成一对反射镜， 所述双曲面组成的外反射镜1A处于抛物面组成的内反射镜1C的焦点上，所述冷却水系统15和16给内外 导体提供散热的冷却水，所述气体供排系统17给光谐振腔12提供新鲜的C02、 N2、 He和Xe、 CO、 02 等工作气体并排出废气，内外导体固定支架18用T固定所述圆柱形内导体13和所述圆管形外导体14。
本发明所述装置的第二实施例，参考图2。图2所示的一种固体激光器装置2，用于输出大功率激光 束，装置2是在装置1的基础上做如下更改所述光谐振腔改成固体谐振腔12，所述圆柱形内导体改成圆 柱形泵浦光源13，所述圆管形外导体改成管形内反射镜14，并在管形内反射镜14内安装冷却水系统15， 射频电源改成所述泵浦光源的驱动器19，光路不变组成光泵浦固体激光器装置2。
图2所述装置2光路原理与图1装置1相同，参考图1所述。
图1或图2所示的装置1或2的光谐振腔12还有如下几种选择(a)所述光谐振腔由反射镜10为环 形凹面镜，输出镜11为环形凹面半透明(40%透光率左右)反射镜组成的稳谐振腔12。 (b)所述光谐振腔 由反射镜10为环形凹面镜，输出镜11为环形螺旋半透明(40%透光率左右)反射镜(其结构类似弹簧垫 圈)组成的稳一非稳谐振腔12。 (c)所述光谐振腔由反射镜IO为环形螺旋反射镜(其结构类似弹簧垫圈)， 输出镜11为半透明(40%透光率左右)环形凹面镜组成的稳一非稳谐振腔12。 (d)所述光谐振腔12所处 的内外导体上镀一层陶瓷膜，并在所述陶瓷膜外镀上含铂一稀土催化剂或二氧化钛光催化材料，所述催化 剂或光催化材料能有效促进CO和O反应生成C02，同时将Nx转化为N2,从而维持激光原料气C02-N2-He 组成不变，进而循环利用。
权利要求
1、一种大功率激光器装置，其特征在于包括圆管形光谐振腔、圆柱形内导体、圆管形外导体和射频电源；所述圆柱形内导体套在所述圆管形外导体内并形成同轴结构，所述圆管形光谐振腔处于所示内外导体的中间，在谐振腔内充入CO2、N2、He和Xe、CO、O2等气体，所述射频电源接通所示内外导体，使所示光谐振腔内的CO2产生激光。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述圆柱形内导体和圆管形外导体内部分布有冷却水 管道进行冷却。
3、 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形凹面镜，输出镜为 环形平面半透明(40%透光率左右)反射镜组成的稳谐振腔。
4、 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形凹面镜，输出镜为 环形凹面半透明(40%透光率左右)反射镜组成的稳谐振腔。
5、 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形凹面镜，输出镜为 环形螺旋半透明(40%透光率左右)反射镜(其结构类似弹簧垫圈)组成的稳一非稳谐振腔。
6、 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于所述光谐振腔由反射镜为环形螺旋反射镜(其结 构类似弹簧垫圈)，输出镜为半透明(40%透光率左右)环形凹面镜组成的稳一非稳谐振腔。
7、 根据权利要求3或4或5或6所述的装置，其特征在于还包括圆锥外反射镜、平顶圆锥内反射 镜和透光镜，所述透光镜安装在所述平顶圆锥内反射镜的平顶位置，所述圆锥外反射镜安装在所 述光谐振腔输出镜侧的圆柱形内导体上，且圆锥在圆柱形内导体轴线上，所述平顶圆锥内反射镜 安装在圆管形外导体上，并与圆锥外反射镜组成一对反射镜，用于反射环形激光束形成点激光束， 所述环形激光束射入所述平顶圆锥内反射镜上，再反射到所述圆锥外反射镜上，且环形激光束的 内圆环与圆锥外反射镜的锥顶重合，再由圆锥外反射镜反射通过所述透光镜输出点激光束。
8、 根据权利要求3或4或5或6所述的装置，其特征在于还包括由双曲面组成的外反射镜、由抛 物面组成的内反射镜，所述双曲面组成的外反射镜安装在所述光谐振腔输出镜侧的圆柱形内导体 上，且与圆柱形内导体同轴，所述抛物面组成的内反射镜安装在圆管形外导体上，并与双曲面组 成的外反射镜组成一对反射镜，所述双曲面组成的外反射镜处于抛物面组成的内反射镜的焦点上， 所述环形激光束入射到所述抛物面反射镜上，再反射到抛物面的焦点上，通过安装在所述焦点位 置的双曲面反射形成点光束，再通过所述抛物面顶端的激光束输出窗输出激光束。
9、 根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述光谐振腔所处的内外导体上镀一层陶瓷膜， 并在所述陶瓷膜外镀上含铂一稀土催化剂或二氧化钛光催化材料，所述催化剂或光催化材料能有 效促进CO和0反应生成C02，同时将Nx转化为N2，从而维持激光原料气C02-N2-He组成不 变，进而循环利用。
10、 根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于所述光谐振腔改成固体谐振腔，所述圆柱形 内导体改成圆柱形泵浦光源，所述圆管形外导体改成管形内反射镜，射频电源改成所述泵浦光源 的驱动器，光路不变组成光泵浦固体激光器。
全文摘要
本发明公开了一种大功率激光器装置，包括光谐振腔、内导体和外导体(或内泵浦光源和外反射镜)组成的同轴结构激光器，输出环形激光束，再经过抛物面和双曲面的聚焦和反射输出点激光束。
文档编号H01S3/04GK101552424SQ20081009134
公开日2009年10月7日 申请日期2008年4月5日 优先权日2008年4月5日
发明者叶建国, 叶日文 申请人:叶建国;叶日文