专利名称：集束式超大功率二氧化碳激光器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种集束式超大功率优良模式二氧化碳激光器，属于激光应用技术领域。
波长为10.6μm的二氧化碳激光具有良好的水吸收特性和自由空间穿透性，尤其是作用于生物体组织，能够产生良好的生物医学效应。因此二氧化碳激光器的研制和应用倍受重视，发展很快。自70年代初以来，二氧化碳激光器经历了直流激励封离型、快速轴流型、快速横流型等三代，以及改进的快速轴流型准第四代，目前已发展到了射频激励扩散型冷却的第四代，激光器体积大大缩小，模式质量大幅提高，标志性值达到1.1～1.3，真正实现了功率大，模式质量高的完美统一。但是，国内第四代二氧化碳激光器尚处于研究阶段，而进口产品价格昂贵，单支100W射频激励二氧化碳激光器售价2万多美元，而1000W的则需30多万美元，很多临床、工程及实验的推广应用因此受阻。国内的第二、三、准四代产品由于体积庞大，外设复杂，振动噪声大等问题，也还不适合在上述场合应用。
本实用新型的目的是依据国内二氧化碳激光器的研制和生产水平，在已形成批量生产能力的第一代国产直流激励封离型激光器的基础上，采用通常的稳频、锁模等技术改善单支激光器的性能指标而提供的一种集束式超大功率二氧化碳激光器。
本实用新型所采用的技术方案如下
1、采用若干支激光器排列成正六方阵列(1)，对该阵列可用行加以描述激光器分组排成行，行与行相互平行，设有一中心组，其他各组对称分列其两边，对称位置上的组数目相等。当中心组采用三支时，在其两边对称排列各一组两支，阵列可表示为“232”；阵列共由7支激光器组成；中心组为5支的阵列分为5组，可表示为“34543”，共有19支激光器；依次类推……，中心组为N支的阵列分为N组，共有N-2(1+2+…(N-1)/2)支。例如，中心组为7支的阵列分7组，可表示为“4567654”，共有7-2(1+2+3)=37支激光器。
排成阵列的激光器互相平行，朝一个方向(前方)平行但分散地发射激光束。
2、在激光器阵列前方设有汇聚反射镜阵列为中心组激光器发射激光束各配一面45°的反射镜，而为其余每个激光器配备一对反射镜，其中一组外围反射镜呈45°，把分散的激光束各向中心组折射90°，另一组中央反射镜，也呈45°，把外围反射镜折射来的激光束再折射90°至与中心组激光束平行并与其紧密靠拢，成为呈正六边形紧密排列的大口径合成激光束。为避免各反射镜遮挡其他激光束，汇聚反射镜应前后错开排列，并汇聚反射镜应排在垂直于光轴的同一平面内。
3、折射后的大口径合成激光束由缩束透镜组缩成小口径高光强的合成激光束，以便进一步传送到需要的地点，聚焦后得到足够大的焦深。
4、缩束后的合成激光束由聚焦透镜聚焦，形成规定焦长、焦深和光斑口径的超大功率的激光工作区。
本实用新型的优点十分明显1、成本低廉，与相同功率的快速轴流、快速横流工业用二氧化碳激光器相比，仅为其成本的1/3；与射频激励激光器相比，则不到其1/6。2、激光功率大，模式优良，合成激光束的质量接近准四代水平；3、激光反射次数少，反射镜数量少，中心组只反射一次，其余组各反射两次，能量损耗少；4、性能价格比高，适合我国及其它发展中国家的国情，便于推广应用；5、整体结构科学合理，体积小，重量轻，无机械振动噪声，对其它仪器设备无光、电、磁干扰，无废气废物，不污染环境，不需要特殊电源，非常适合医院手术室、科研单位实验室等特殊场合应用。
以下结合附图及实施例进一步说明附
图1为本实用新型的原理结构示意图。
由图1所示，集束式超大功率激光器由19支激光器排成正六方形阵列1，共五组，中心组有5支，排成一行，另各有两组分别有4支和3支，对称地交错排列在其两旁，可描述为“34543”阵列；19支激光器相互平行，朝一个方向(上方)平行且分散地发射出19条激光束2。
在激光器阵列1的前方，设有14面外围反射镜3和19面中央反射镜4组成的汇聚反射镜阵列，从A-O-B剖面可见中心组激光器发射的五条激光束经五面45°中心反射镜折射成为合成激光束的中心组，其余组激光器发射的激光束先由各自的外围反射镜3向中心折转90°，再由各自的中央反射镜4折转90°至与中心激光束平行并互相靠拢成为大口径合成激光束的另外四组，经汇聚后的大口径合成激光束按“34543”排成密集的正六方形阵列，光强基本未变。
由一个凸透镜与一个凹透镜组成缩束透镜组5，对合成激光束进行缩束，缩小其口径，提高其光强，不改变阵列形状。
由聚焦透镜6对小口径高光强的合成激光束进行聚焦，形成规定焦长、焦深及光斑口径的超大功率的激光工作区。
权利要求1.一种集束式超大功率激光器，其特征在于采用多支激光器(7、19、37、61…)按多行方式排成正六方形阵列，各激光器相互平行，朝一个上方方向平行但分散地发射多束激光束；在激光器阵列前方，设汇聚反射镜阵列，将分散的激光束汇聚成大口径密集正六方形阵列的合成激光束；由缩束透镜缩小合成激光束的口径；由聚焦透镜把缩束后的小口径合成激光束聚焦成规定焦长、焦深和光斑口径的工作区。
2.根据权利要求1所述的超大功率激光器，其特征在于多支激光器(7、19、37、61…)按多组形成三组232、五组34543、七组4567654、九组567898765排成正六方形阵列，对N组的阵列，其中心组有N支，两面对称向外递减。
3.根据权利要求1所述的超大功率激光器，其特征在于中心组激光器发出的每束激光各经一面45°中心反射镜折转90°，经一次反射成为合成激光束的中心组，为其余各组激光器配有一对外围反射镜和中央反射镜，外围反射镜(3)把激光束向中心折转90°，中央反射镜再折转90°至与中心组激光束相平行，经二次反射成为合成激光束的外围组，合成激光束密排为正六方形阵列。对应采用7、19、37、61…支激光器，汇聚反射镜阵列的反射镜面数目分别为11、33、67、113…。
4. 根据权利要求1所述的超大功率激光器，其特征在于它包括一片凸透镜和一片凹透镜，对大口径合成激光束进行缩束。
专利摘要本实用新型涉及一种集束式超大功率激光器,采用多支(7、19、37、61…)激光器按多行方式排成正六方形阵列,各激光器相互平行,朝一个方向(上方)平行但分散地发射多束激光束;在激光器阵列前方,设汇聚反射镜阵列,将分散的激光束汇聚成大口径密集正六方形阵列的合在激光束;由缩束透镜缩小合成激光束的口径;由聚焦透镜把缩束后的小口径合成激光束聚焦成规定焦长、焦深和光斑口径的工作区。
文档编号H01S3/23GK2419711SQ00201118
公开日2001年2月14日 申请日期2000年1月28日 优先权日2000年1月28日
发明者张志远, 宋永成, 邬江兴, 邓珂, 吴明营 申请人:国家数字交换系统工程技术研究中心