专利名称：能够获得空心激光束的谐振腔的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够获得空心激光束的谐振腔，能够直接输出空心圆锥形激光 束，属于激光技术领域。
背景技术：
随着激光技术的发展，空心激光束不仅在生物学、激光加工和原子冷却等方面得 到广泛应用，而且也能够应用到扫描成像、遥感制导、测距等领域。现有获得空心激光束 的技术都是通过谐振腔外的一个光学装置将谐振腔发出的激光束整形，获得形成空心激光 束，这类方案不仅结构复杂，而且能量损失也很大，另外还导致激光束的相干程度降低。在光学晶体材料领域，双轴晶体具有锥面折射效应。
发明内容
为了实现直接由谐振腔输出空心激光束的目的，我们发明了一种能够获得空心激 光束的谐振腔，能够直接输出空心圆锥形激光束，同时具有装置结构简单、不存在额外的能 量损失，同时保持激光束原有的相干程度。本发明之能够获得空心激光束的谐振腔由反射镜、激光增益介质及输出耦合镜组 成，其特征在于，输出耦合镜材料为双轴晶体，双轴晶体的一个光轴与谐振腔轴线平行。由于双轴晶体具有锥面折射效应，采用这种晶体制作的谐振腔输出耦合镜，谐振 腔能够直接输出空心圆锥形激光束，相对于现有技术，其结构十分简单，只是谐振腔的输出 耦合镜选用的材料与现有技术不同，并未另外添加光学装置，因此也就不存在额外的能量 损失，并非通过激光束整形来获得空心激光束，因此，激光束的相干程度没有降低。入射双轴晶体的谐振光传播放向冢与谐振腔轴线平行，见图1所示，由晶体光学可 知石丄D，则D-k=0,kxDx+kyDy+kzDz = 0，·/ Dx = ￡xEx，Dy= ￡yEy，Dz= ε zEz,且因所述光轴在xoz平面上j也在xoz平面上，即ky = 0，于是kxDx+kzDz = 0，ε xkxEx+ ε zkzEz = 0,令矢量所=Sxkxa + e,kzc，其中旧、？分别为X、Z方向单位矢量。可见，左矢量与示矢量垂直，即左丄兩，所以，f必在兩的垂面上。
设平面π垂直f，垂足为Q点，平面Λ垂直矢量示。AB是平面π和平面Λ的交 线，由于左在Λ平面上，左与平面31的交点P必在平面JI和平面Λ的交线AB上，做5丄左， 与平面π交于R点，因5，k, E, D共面，所以，在η平面上，R，Q，P在同一直线上，在 ARPO中，苑丄好，所以
殆二常数(1) 因此，1不论如何改变，总满足公式(1)，同时离不开Λ平面，左改变，相当于P点在 交线AB上移动，P点移动相当于R点移动，而且满足公式(1)，因P点在交线AB上的轨迹为 直线，R的轨迹为圆，所以，全部5构成圆锥面。因此，谐振光传播时，无论电位移矢量5取什 么方向，都有唯一的相速，但是，由于电场强度玄与电位移矢量乃不同向，将出现无限多个光 线方向，这些光线围成一个圆锥面。其效果表现为，谐振光传播放向冢与双轴晶体与谐振腔 轴线平行的光轴重合时，输出的能量分布在空心锥面上，因此，谐振腔输出的激光束呈空心 圆锥形，光斑因此也就呈环状；锥面壁薄，激光束的功率密度高。
图1是双轴晶体产生空心圆锥形光束原理图。图2是本发明之能够获得空心激光 束的谐振腔的结构示意图，该图兼作为摘要附图。
具体实施例方式本发明之能够获得空心激光束的谐振腔由反射镜1、激光增益介质2及输出耦合 镜3组成，见图2所示，输出耦合镜3材料为双轴晶体，双轴晶体的一个光轴与谐振腔轴线 平行。泵浦源4为808nm 30W激光二极管阵列。泵浦光4由耦合器件耦合到谐振腔中的激 光增益介质2中。耦合器件由耦合光纤5、耦合透镜6组成。耦合光纤5芯径为400 μ m，数 值孔径NA = 0. 22。耦合透镜6由一对平凸透镜组成，凸面相对，凸面半径为50mm，每个平 凸透镜两面镀808nm增透膜，透过率T >95%。反射镜1为平凹镜，腔内一面为凹面，两面 镀808nm增透膜和1064nm高反射膜，增透膜透过率T > 95%，高反射膜反射率R > 98%。 激光增益介质2是一根Nd: YAG晶体棒，钕离子掺杂浓度N = 1 %，尺寸为(PAmmxSmm1^tm 耦合镜3采用KTP (磷酸氧钛钾)晶体制成，该双轴晶体的一个光轴与谐振腔轴线平行，KTP 晶体的尺寸为4mmX4mmX2mm，KTP晶体表面膜系对1064nm波长的透过率为10%。当激光二极管阵列注入到Nd:YAG晶体棒中的功率超过激光振荡阈值时，1064nm 谐振光通过输出镜在通光方向沿着KTP晶体的一个光轴传输，在腔外便可以得到空心圆锥 形激光束。根据晶体光学，空心圆锥形激光束的锥角α由公式(2)决定tana=\[(nl-n2x)(n2z-n2y)]y2(2)
ny式中nx，ny, nz是KTP晶体的三个主轴方向折射率，并且，nx = 1.7416，ny = 1. 7496，nz = 1. 8323，由公式得 α = 1. 7°。
权利要求
一种能够获得空心激光束的谐振腔，由反射镜、激光增益介质及输出耦合镜组成，其特征在于，输出耦合镜材料为双轴晶体，双轴晶体的一个光轴与谐振腔轴线平行。
2.根据权利要求1所述的能够获得空心激光束的谐振腔，其特征在于，输出耦合镜(3) 采用KTP(磷酸氧钛钾)晶体制成，该双轴晶体的一个光轴与谐振腔轴线平行，KTP晶体的 尺寸为4mmX4mmX2mm，KTP晶体表面膜系对1064nm波长的透过率为10%。
全文摘要
能够获得空心激光束的谐振腔能够直接输出空心圆锥形激光束，属于激光技术领域。现有获得空心激光束的技术都是通过谐振腔外的一个光学装置将谐振腔发出的激光束整形，获得形成空心激光束，这类方案不仅结构复杂，而且能量损失也很大。本发明之能够获得空心激光束的谐振腔由反射镜、激光增益介质及输出耦合镜组成，输出耦合镜材料为双轴晶体，双轴晶体的一个光轴与谐振腔轴线平行。
文档编号H01S3/08GK101950915SQ20101027408
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者吕彦飞, 夏菁 申请人:长春理工大学