专利名称:高功率横流二氧化碳激光选模腔的制作方法
本发明属于横流CO2激光腔，特别适用于高功率横流CO2激光器改善激光束的方向性，获得单模或低阶模输出。
为满足高功率(千瓦乃至万瓦)CO2激光器多用途工业加工，如激光上釉、深透焊接及切割需要，尤其是对较厚金属材料的焊接和切割，要求激光束有良好的方向性。国外在改善横流CO2激光器光束质量方面已做了十多年工作，但到目前为止，除了美国GTE Sylvania公司采用七折迭腔(拉长腔法)来获得单模和低阶模输出外(见美国专利3772610)，其余都采用非稳腔来改善光束质量，例如美国AVCO公司万瓦非稳腔横流CO2激光器(图一)〔见Applied Optics 13，1979(1974)〕，苏联原子能研究所万瓦级四次振荡一次放大，非稳腔横流CO2激光器(图二)〔见Sov.J.Quant.Electr.10，1439(1980)〕，英国Culham实验室数千瓦级二通道非稳腔横流CO2激光器(图三)〔见Optics and Laser Technology 10，29，(1978)〕，日本三菱电机研究所数千瓦级非稳腔横流CO2激光器(图四)〔见L-ザ-研究，第10卷2号43(1982)〕。由图一至图四可以看出，非稳腔在技术上比较复杂，需采用侧向耦合输出，至少要四块腔镜，且为空心环状输出;非稳腔要求有较高的增益系数和增益长度，即放大倍率不宜太小，否则会直接影响远场聚焦特性;非稳腔调整困难，光学稳定性要求高，调整容限在10-3弧度量级。
本发明的目的是尽量简化腔的结构而获得良好的激光束，要求达到激光功率高，光束方向性好，调整容限大。
本发明的高功率横流CO2激光选模腔是一种两球镜选模腔，如图五所示。图中1是激光耦合窗口，2是激光反射镜，均为球面镜，激光耦合窗口为双球面的凹凸透镜，并且当反射镜为凹面反射镜时，它与凸面朝向腔内的激光耦合窗口满足下列关系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1+ (L)/(｜R1｜) )(1- (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90当反射镜为凸面反射镜时，(如图六)它与凹面朝向腔内的激光耦合窗口满足下列关系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1- (L)/(｜R1｜) )(1+ (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90镜1和镜2的横向尺寸以保证激光束不受拦截。
上述式子中，R1为激光耦合窗口两球面的曲率半径，R2为反射镜的曲率，L为两镜之间距离。
激光耦合窗口是用ZnSe或GaAs制造的，周边用水冷却;反射镜为铜质镀金的，采用背面水冷。
本发明的高功率横流CO2激光选模腔，实验表明具有下列优点1.结构简便;
2.可采用不镀膜ZnSe作耦合窗口，全斑输出;
3.不再受增益系数和增益长度限制，可采用镀膜技术来选择适当透过率;
4.调整容限较宽，理论计算及实测表明，该种腔的调整容限为10-4弧度量级，比非稳腔大一个数量级，大大有利于长时间连续运转的稳定性要求。
5.电光转换效率高，大于12%。
6.光束方向性，80%的激光能量在2毫弧度(半角)之内。
实验表明，利用本发明的选模腔，已获得低阶模激光3000瓦的输出，与多模输出相比，约为90%左右。
权利要求
1.一种高功率横流CO2激光选模腔，由一块激光耦合窗口(1)和一块激光反射镜(2)组成，其特征在于所说的激光耦合窗口和激光反射镜均为球面镜，并且当反射镜为凹面镜时，它与凸面朝向腔内的激光耦合窗口满足下列关系。(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1+ (L)/(｜R1｜) )(1- (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90当反射镜为凸面镜时，它与凹面朝向腔内的激光耦合窗口满足下列关系(1)｜ (R2)/(R1) ｜=1.5-2.0(2)(1- (L)/(｜R1｜) )(1+ (L)/(｜R2｜) )=0.80-0.90镜1和镜2的横向尺寸以保证激光束不受拦截。其中R1为激光耦合窗口(1)的曲率半径，R2为反射镜(2)的曲率半径，L为两镜之间距离。
2.一种按照权利要求
1所说的高功率横流CO2激光选模腔，其特征在于所说的激光耦合窗口是ZnSe或GaAs的，所说的激光反射镜为铜质镀金的。
3.一种按照权利要求
1或2所说的高功率横流CO2激光选模腔，其特征在于所说的激光耦合窗口的周边用水冷却，所说的激光反射镜采取背面水冷。
专利摘要
一种适用于高功率横流CO
文档编号H01S3/08GK85104370SQ85104370
公开日1986年12月3日 申请日期1985年6月8日
发明者程兆谷, 王润文 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan