一种相位锁定环形腔阵列气体激光器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光学、光学工程和激光应用领域，尤其涉及的是一种相位锁定环形腔阵列气体激光器。
【背景技术】
[0002]氦氖激光器是最早的原子气体激光器，其放电管为圆形管，采用直流放电，一般情况下在0.6328 μπι波长处一米长放电管的输出功率可达到50mW，放电管激活区随管径的平方增大，但其增益系数与管径成反比关系，因此输出功率与管径几乎无关；后来，人们采用射频激励或微波激励，但并没有提高激光增益系数；因此，为了提高输出，通常采用增加放电管长度的方法来增加激活区域体积，如果放电管太长则采用折叠方式工作，当折叠次数太多时，对其调整和各反射镜的封贴都会提出更高的要求，一旦谐振腔镜偏离理想位置，整个激光器件便不能正常工作；为了减小器件的长度，中国凌一鸣发明了矩形放电管高功率氦氖激光器，其输出功率较同等长度的圆形管氦氖激光器提高了 40%，但一般输出高阶模，其缺点是每米长度仍受到长度限制。二氧化碳激光器是最早的分子气体激光器，放电管为圆形管，采用直流放电，但激光器工作需要采取冷却措施，这种激光器件一米长放电管输出40W 二氧化碳激光；为了提高输出，采用增加放电管长度来增加激活区域体积，其缺点与上述氦氖激光器类似；采用让气体在放电管内快速流动方式的轴快流结构，其输出功率显而易见，但需要体积较大的气体循环系统，并且耗气、耗电；采用射频激励或微波激励放电，但输出功率并没有本质上的提高。一氧化碳激光器是继二氧化碳激光器之后的重要分子气体激光器，器件工作需要采取冷却措施，在一般室温下输出比二氧化碳激光器低，采用水冷方式输出与二氧化碳激光器相当，若采用液氮冷却可获得高功率激光输出，但其结构复杂，液氮和高纯气体消耗量非常大；采用射频激励或微波激励，其激光增益系数一般不会超过直流放电激励情况，输出功率并没有本质上的提高。
[0003]为了克服上述激光器存在的缺陷，在已有的发明专利中，已提出了通过单边折叠或双边折叠的方式来构建高功率气体激光器(发明专利名称:大功率气体激光器的构建方法及装置，申请号:CN200310104017 ;发明专利名称:一种行波腔高功率二氧化碳激光器的构建方法及装置，申请号:CN201410470437)，虽然输出功率已有显著提高，但其相干性不能达到一定要求。
[0004]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种相位锁定环形腔阵列气体激光器。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]—种相位锁定环形腔阵列气体激光器，包括第一放电管、第二放电管、第三放电管、第四放电管、第五放电管、第六放电管、第七放电管、第八放电管、第九放电管、第十放电管、第十一放电管、第十二放电管、第十三放电管、第十四放电管、第十五放电管、第十六放电管、第十七放电管，凹面全反射镜、环形凹面镜、平行平面输出镜或平凸输出镜、锁相镜、会聚透镜、第一储气室、第二储气室；
[0008]各个放电管两端均密封且关于激光器对称轴对称放置，长度均为80cm，内径均为12mm，外径均为14mm;第一放电管放置在激光器对称轴上，第二放电管、第三放电管、第四放电管、第五放电管、第六放电管、第七放电管、第八放电管和第九放电管的轴线相交于凹面全反射镜中心；第十放电管(27)、第十一放电管、第十二放电管、第十三放电管、第十四放电管、第十五放电管、第十六放电管和第十七放电管的轴线相交于平行平面输出镜或平凸输出镜中心；
[0009]凹面全反射镜、环形凹面镜、平行平面输出镜或平凸输出镜、锁相镜、会聚透镜放置在激光器对称轴上，其轴线均与激光器对称轴重合；
[0010]凹面全反射镜的曲率半径为200cm，到各放电管的距离为10cm_15cm ;平行平面输出镜或平凸输出镜到各放电管的距离为10cm-15cm ;环形凹面镜的曲率半径为200cm，且到各放电管的距离均为10cm-15cm ；
[0011]4)第一放电管、凹面全反射镜、平行输出镜构成轴上两镜腔；第二放电管、第十放电管、第十四放电管、第六放电管、凹面全反射镜、环形凹面镜、平行输出镜构成第一环形腔；第三放电管、第十一放电管、第十五放电管、第七放电管凹面全反射镜、环形凹面镜、平行输出镜构成第二环形腔；第四放电管、第十二放电管、第十六放电管、第八放电管、凹面全反射镜、环形凹面镜、平行输出镜构成第三环形腔；第五放电管、第十三放电管、第十七放电管、第九放电管、凹面全反射镜、环形凹面镜、平行输出镜构成第四环形腔；
[0012]第一放电阳极、第二放电阳极、第三放电阳极、第四放电阳极、第五放电阳极、第六放电阳极、第七放电阳极、第八放电阳极、第九放电阳极分别放置在第一放电管、第二放电管、第三放电管、第四放电管、第五放电管、第六放电管、第七放电管、第Λ放电管、第九放电管端面，且到第二激光器支架的距离为5-8cm;第十放电阳极、第十一放电阳极、第十二放电阳极、第十三放电阳极、第十四放电阳极、第十五放电阳极、第十六放电阳极、第十七放电阳极、第十八放电阳极分别放置在第一放电管、第十放电管、第十一放电管、第十二放电管、第十三放电管、第十四放电管、第十五放电管、第十六放电管、第十七放电管端面，且到第三激光器支架的距离为5-8cm ;
[0013]第一放电总阴极密封连接在第一储气室上，第二放电总阴极密封连接在第二储气室上。
[0014]进一步地，在放电管内充入混合气体并经放电激励后在谐振腔作用下输出高功率激光；
[0015]1)当放电管内混合气体为He、Ne混合气体，且各个谐振腔镜的反射和透射是针对波长0.6328 μπι的，则输出氦氖激光；
[0016]2)当放电管内混合气体为C0、N2、He混合气体，且各个谐振腔镜的反射和透射是针对波长5.3 μ m的，则输出一氧化碳激光；
[0017]3)当放电管内混合气体为C02、N2、He混合气体，且各个谐振腔镜的反射和透射是针对波长10.6 μ m的，则输出二氧化碳激光；
[0018]进一步地，各个放电管用石英管或玻璃管制成。
[0019]进一步地，包括第一激光器支架、第二激光器支架、第三激光器支架、第四激光器支架、第五激光器支架、第六激光器支架、第七激光器支架、第八激光器支架、第九激光器支架、第十激光器支架、第i 激光器支架；
[0020]第一放电管放置在激光器对称轴上，第二放电管、第三放电管、第四放电管、第五放电管、第六放电管、第七放电管、第八放电管、第九放电管被第一激光器支架、第二激光器支架固定在激光器上；
[0021]第十放电管、第十一放电管、第十二放电管、第十三放电管、第十四放电管、第十五放电管、第十六放电管、第十七放电管被第三激光器支架、第四激光器支架固定在激光器上;
[0022]第一储气室通过凹面全反射镜和第一激光器支架密封连接构成；第二储气室通过第四激光器支架和平行输出镜密封连接构成；
[0023]凹面全反射镜和第一激光器支架放置在第五激光器支架上，第二激光器支架放置在第六激光器支架上，环形凹面镜放置在第七激光器支架上，第三激光器支架放置在第八激光器支架上，第四激光器支架和平行平面输出镜或平凸输出镜放置在第九激光器支架上，锁相镜和会聚透镜放置在第十激光器支架上，上述各个支架放置在第十一激光器支架上。
[0024]进一步地，首先对位于激光器对称轴上的放电管进行放电，并在由凹面全反射镜和平凸输出镜构成的轴上两镜腔作用下产生种子激光；该种子激光从平凸输出镜中心输出，然后被平凸输出镜曲率半径为5cm的凸面部分反射并作为控制源从平凸输出镜平面部分的内表面中心发散地注入到各个环形腔内；或被平凸输出镜曲率半径为205cm的凸面部分反射并作为控制光束从凹面全反射镜的中心发散地注入到各个环形腔内，注入光束应具有较大的激光尺寸和发散角，在由凹面全反射镜、环形凹面镜和平凸输出镜平面部分组成的谐振腔的作用下反射注入到各个环形腔放电管内；注入光束将在环形腔内传输，如果注入光束具有较强的强度，它将在环形腔内激发相应的模式，如果注入光束能在环形腔内建立相应的激光振荡，环形腔的本征模将被注入光束所控制，并消耗各个环形腔内的反转粒子；然后再通过电源激励各个环形腔内的混合气体并在由凹面全反射镜、环形凹面镜和平凸输出镜的平面组成的环形腔作用下产生共点的、对称的高功率阵列激光束，其频率和相位均与注入光束的频率和相位保持一致；该阵列激光束从平凸输出镜的凸面输出将变成平行阵列光束，然后被位于锁相镜后12cm处且焦距为10cm的会聚透镜会聚后，得到一束相干性极好的高功率氦氖激光束或一氧化碳激光束或二氧化碳激光束，从而达到相位锁定的目的。
[0025]进一步地，首先对位于激光器对称轴上的放电管进行放电，并在由凹面全反射镜和平行平面输出镜构成的轴上两镜腔作用下产生种子激光；该种子激光从平行平面输出镜内表面中心输出，然后被位于输出镜后15cm处且第一反射面的曲率半径为30cm第二反射面的曲率半径为18cm的锁相镜的第一反射面反射，从平行平面输出