专利名称：腔内带有相位片高光束质量的激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，特别是涉及腔内带有相位片的高光束质量的激光器。
各类激光器，包括气体激光器，固体激光器，半导体激光器等已广泛地应用于军事，民用和科学研究等领域，从目前来说，激光器所产生的光束质量比其它光源所产生光束质量好，但由于激光模式多数是多模，即使是基模，其能量分布也是按高斯曲线分布。光束中心光强并不悬殊地高于边侧光强，发散角较大，光束质量不够理想，影响了器件在各领域中的进一步应用，多年来人们为改善激光束质量做过不少努力，如采用“小孔光阑”限模法，“聚焦光阑”选模法等，但其结果并不十分理想。中国专利ZL94205955.7公开了一种《高亮度超衍射极限光束产生器》，该光束产生器由光源和一块镀介质膜的相位片构成，根据光的相干叠加原理，可得到比基模高斯光束质量更好的光束，但是该光束产生器将相位片放在腔外，实用性不强，放在腔内，该专利受到相位片放置位置的限制，该相位片的中心相位改变区厚度的精度要求高，没有修正值，加工困难，且只有镀膜一种方式，制作适用范围受到限制。
本发明目的是改进94205955.7专利的存在问题，提供一种实用性强的，加工方便的，适用范围广的高光束质量激光器。
本发明提供的腔内带有相位片高质量光束激光器，是在激光器光学谐振腔内，沿光轴任意位置设置一个或多个透明的或反射相位片，所述相位片中心有相位改变区，其厚度满足d＝±(2n＋1)λ/2±δ，式中d为相位改变区光学厚度，当d为正值时，表示相位改变区凸出，当d为负值时，表示相位改变区凹进；λ为相应激光器工作波长；δ为修正值，取值范围由相位片在光轴所处的位置及制做相位片所用材料的光学性质来确定，所述相位改变区的几何尺寸大小，应小于相位片所在位置处基模的光斑尺寸，所述相位改变区的几何形状可根据激光器类型而定，可为圆形、椭形、方形、矩形、圆环形、方框形等各种形状。所述相位改变区根据不同激光器要求可采用将透射光谱或反射光谱满足相应激光波长的介质材料或金属材料套镀、光刻、离子刻、沉积、腐蚀、直接金加工等方法中的一种或多种结合制作在相位片上。
本发明提供的激光器，是根据比较完整的衍射原理，相干叠加原理和腔内模式竞争原理，抑制高价模振荡，使输出的光束质量比高斯光束更好，获得超高质量光束。由于在腔内设置相位片，能保持原激光器的体积，重量和外形，相位改变区有修正厚度，加工可根据需要采用不同的方式，具有制作方便，适应性强的优点。
图1为本发明激光器的结构示意2为固体激光器相位片在棒端位置3为半导体激光器相位片在PN结上的示意图。
以下结合附图对本发明的实施例作详细描述实施例1，参见附图1，本实施例提供的腔内带有相位片的高光束质量的激光器为气体激光器，相位片3置于激光腔体2内光轴位置上，较佳的位置是在全反镜1上，相位片3上有相位改变区4，相位改变区4的厚度满足上述d＝±(2n＋1)λ/2±δ公式，λ可为氦氖(He-Cd)激光器，氩离子激光器(Ay+)，氦镉激光器(He-Cd)，二氧化碳(CO2)激光器等一种激光器的工作波长，相位片3可采用光学玻璃，石英或金属等为材料，相位改变区4为圆形，其直径应小于相位片所在位置光斑的直径。当相位片3的位置与反镜1重合时，相位改变区4可采用镀膜方法或直接金加工方法做在全反镜1的中心，镀膜选用的金属或介质材料的反射光谱或透射光谱峰值应符合相应激光振荡波长，本实施例镀膜方法可采用套镀介质膜再镀金属；套镀介质膜或金属膜再镀多层介质膜或直接用元氧铜精车等方法制备。5为激光器外壳，6为输出镜。本实施例提供的激光器产生激光束的质量其中心光强可超过高斯光束强度的2—4倍，光束发散角可以小到原发散角的1/2～1/4的超高质量光束。
实施例2，参见附图2，当激光器为固体激光器时，如YAG激光器，相位片3的位置可在激光棒7的棒端的位置8，相位改变区4可直接光刻或镀在一个或二个棒端。
实施例3，参见附图3，当激光器为半导体激光器时，相位片3在PN结上，9为半导体激光器的P区，11为半导体激光器的N区，10为半导体激光器的结区，相位改变区4直接做在结区10的端面。
权利要求
1.一种腔内带有相位片高光束质量的激光器，由在激光腔体(2)内，沿光轴位置设置的透射式或反射式相位片(3)和外壳(5)构成，其特征是所述相位片(3)中心有相位改变区(4)，所述相位改变区(4)的厚度满足d＝±(2n＋1)λ/2±δ，式中d为光学厚度，+d表示凸出，-d表示凹进，λ为相应激光器工作波长，δ为修正值，取值范围由相位片所处的位置及相位片所用材料的光学性质确定，所述相位改变区(4)的几何尺寸小于所在位置处的基模的光斑尺寸，所述相位改变区(4)的几何形状可为圆形、椭形、方形、矩形、圆环形、方框形，各不同形状。
2.根据权利要求1所述的激光器，其特征是所述激光器为气体激光器时，相位片(3)位置在全反镜(1)处，与全反镜重合。
3.根据权利要求1所述的激光器，其特征是所述激光器为固体激光器时，相位片(3)位置在棒端上，与棒端(8)重合。
4.根据权利要求1所述的激光器，其特征是所述激光器为半导体激光器时，相位片(3)的位置在PN结结区(10)的端面上。
5.根据权利要求1所述的激光器，其特征是所述相位片(3)的相位改变区(4)所用材料为透射或反射光谱峰值满足相应激光波长的介质材料或金属材料。
6.权利要求1所述激光器相位片相位改变区(4)的制作方法，可采用套镀、光刻、离子刻、沉积、腐蚀、直接金加工的一种方法或几种方法结合制备而成。
7.根据权利要求6所述激光器相位改变区(4)的制作方法，其特征是采用套镀介质膜的方法制备。
8.根据权利要求6所述激光器相位改变区(4)的制作方法，其特征是用套镀介质膜后再镀金属的方法制备。
全文摘要
腔内带有相位片的高光束质量激光器，由在激光腔内沿光轴位置设置一个或多个透射式或反射式相位片构成，相位片上有相位改变区，其厚度满足d＝±(2n+1)λ/2+δ公式，式中λ为相应激光器工作波长，n＝0，1，2，…，δ为厚度修正值，可采用镀膜，直接精金加工等方法制在相位片上。该激光器可获超过高斯光束质量的光束，适合各种类型的现有激光器。
文档编号H01S3/10GK1131351SQ95102610
公开日1996年9月18日 申请日期1995年3月14日 优先权日1995年3月14日
发明者王绍民, 潘承志, 陆璇辉, 于世彭, 林强, 赵世英 申请人:杭州大学, 电子工业部第十二研究所