专利名称：后反馈离轴激光虚共焦非稳腔的制作方法
技术领域：
本发明为一种后反馈离轴激光虚共焦非稳腔，涉及激光技术。
目前国内外在激光器中采用的激光非稳腔有两种实共焦非稳腔与虚共焦非稳腔。在板条波导激光器中，采用的是混合波导离轴虚共焦非稳腔。但采用现有激光非稳腔只利用了单向传输激光放大，没有有效地提取激光功率；传统激光虚共焦非稳腔由一个凸球面或凸柱面高反射镜和一个凹球面或凹柱面高反射镜构成，仅有一个正向光束输出口，没有反向光束输出口。正向传输光束每通过一次激光增益介质被功率放大和空间扩束最后经正向光束口输出。而反向传输光束每通过一次激光增益介质也被功率放大但被空间压缩，理论上经无数次通过激光增益介质，趋于一点，无法输出，因而对激光输出无贡献。
本发明的目的是提出了一种新的后反馈离轴激光虚共焦非稳腔技术，可应用于板条状增益(固体，液体及气体)激光器中，有效地利用激光非稳腔中的双向传输光束的放大，实现板条激光增益的激光功率的有效提取。
本发明的上述目的由如下技术方案实现该后反馈离轴虚共焦激光非稳腔由一个凸球面或凸柱面高反射镜，一个凹球面或凹柱面高反射镜和一个平面高反射镜构成。凸球面或凸柱面高反射镜和凹球面或凹柱面高反射镜构成一个具有正向光束输出口和反向光束输出口的反射式虚共焦光学望远镜系统。平面高反射镜放置在凹球面或凹柱面高反射镜处的反向光束输出口外，其反射面朝着反向光束输出口，并垂直于反射式虚共焦光学望远镜系统的光轴。激光输出光束从正向光束输出口处输出。板条状增益置于反射式虚共焦光学望远镜系统中，其长度方向平行于光轴，一长度方向边离光轴值为0，另一长度方向边离光轴值为板条状增益宽度，板条状增益离凸球面或凸柱面高反射镜和凹球面或凹柱面高反射镜距离分别为δL/2后反馈离轴虚共焦激光非稳腔反向光束输出口尺寸大小应为ΔDn=ΔD0(FdFD)n]]>式中ΔDn-反向光束输出口尺寸
ΔD0-正向光束输出口尺寸FD-凹面高反射镜焦距长度Fd-凸面高反射镜焦距长度N-光束在腔内的折叠次数n＝(N-1)/2凸面高反射镜的尺寸大小为沿板条状增益宽度方向为D-ΔD0+δdmmδd＝5～15mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmmδh＝10～30mm凹面高反射镜的尺寸大小为沿板条状增益宽度方向为D-ΔDn+δDmmδD＝5～15mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmmδh＝10～30mm平面高反射镜的尺寸大小为沿板条状增益宽度方向为ΔDn+δhmmδh＝10～30mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmmδh＝10～30mm板条状激光增益长度Z为Z＝L-δLδL＝10～50mm式中H-激光板条增益高度Z-激光板条增益长度D-板条状增益宽度在凹面高反射镜处平面上投影的宽度，即板条激光增益宽度L-凸面高反射镜与凸面高反射镜之间间隔尺寸。
本发明的特点是利用一个平面高反射镜，通过合理地设计反向光束输出口的尺寸，有效地利用反向传输光束的放大，实现正反向双向光束的放大输出，有效地提高激光功率的提取效率。
本发明的具体结构由
图1-3给出。
图1.后反馈离轴虚共焦激光非稳腔结构；图2.后反馈离轴虚共焦激光非稳腔理论分析图；图3.在射频激励板条波导气体激光器应用实例结构图。
图中主要结构为凸球面(或凸柱面)高反射镜1、凹球面(或凹柱面)高反射镜2、平面高反射镜3、正向光束输出口4、反向光束输出口5、虚共焦光学望远镜系统的光束光轴6、激光输出光束7、板条状增益8。
本发明后反馈离轴虚共焦激光非稳腔由一个凸球面(或凸柱面)高反射镜1，一个凹球面(或凹柱面)高反射镜2和一个平面高反射镜3构成。凸球面(或凸柱面)高反射镜1和凹球面(或凹柱面)高反射镜2构成一个具有正向光束输出口4和反向光束输出口5的反射式虚共焦光学望远镜系统(见图1)。平面高反射镜3放置在凹球面(或凹柱面)高反射镜处的反向光束输出口5外，其反射面朝着反向光束输出口5，并垂直于反射式虚共焦光学望远镜系统的光束光轴6，激光输出光束从正向光束输出口4处输出。板条状增益置于反射式虚共焦光学望远镜系统中，其长度方向平行于光轴6，一长度方向边离光轴6值为0，另一长度方向边离光轴6值为板条状增益宽度，板条状增益离凸球面或凸柱面高反射镜和凹球面或凹柱面高反射镜距离分别为δL/2。后反馈离轴虚共焦激光非稳腔反向光束输出口尺寸大小的理论设计如下(见图2)根据几何光学原理从图2中可得L＝FD-Fd(1)Dd=FDFd---(2)]]>Dd=FDFd]]>D1d1=FDFd]]>D2d2=FDFd]]>… …Dndn=FDFd---(3)]]>因为Dn＝dn-1(n＞0，n为正整数)(4)所以dn-1dn=FDFd]]>dn=FdFDdn-1]]>(n＞0，n为正整数)Dn=FdFDDn-1]]>(n＞0，n为正整数)(5)Dn=D0(FdFD)n]]>(n＝0，1，2......，) (6)D＝D0因为d＝d0＝D1所以ΔD0＝ΔD＝D-d＝D0-d0＝D0-D1(7)因为ΔDn=Dn-Dn+1=Dn(1-FdFD)---(8)]]>所以ΔD0=D0-d0=D0(1-FdFD)---(9)]]>将方程(6)和(9)代入方程(8)中，得ΔD0=ΔD0(FdFD)n---(10)]]>在实际设计中，根据方程(1)和(2)及激光器输出损耗率(d/D)计算激光腔参数的大小，然后选择光束在激光增益里的折叠次数N＝2n+1，来确定反向光束输出口5的尺寸大小。由于光束在激光增益边缘的光衍射效应引入一定的损耗，为了尽可能减小衍射损耗及综合考虑到反射镜的成本凸面高反射镜的尺寸大小设计为沿板条状增益宽度方向为D-ΔD0+δdmm (11)δd＝5～15mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmm (12)δh＝10～30mm凹面高反射镜的尺寸大小设计为沿板条状增益宽度方向为D-ΔDn+δDmm (13)δD＝5～15mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmm (14)δh＝10～30mm平面高反射镜的尺寸大小设计为沿板条状增益宽度方向为ΔDn+δhmm(15)δh＝10～30mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmm (16)
δh＝10～30mm板条状激光增益长度Z为Z＝L-δL(17)δL＝10～50mm其中符号说明如下ΔDn-反向光束输出口尺寸ΔD0-正向光束输出口尺寸FD-凹面高反射镜焦距长度Fd-凸面高反射镜焦距长度N-光束在腔内的折叠次数H-激光板条增益高度Z-激光板条增益长度D-凹面高反射镜沿板条状增益宽度方向理论尺寸即板条激光增益宽度Wd-凸面高反射镜沿板条状增益宽度方向理论尺寸其值为D-ΔD0L-凸面高反射镜与凸面高反射镜之间间隔尺寸实例如下在射频激励板条波导气体激光器中，激光增益是一个板条状增益。将板条状增益8放置凸球面(或凸柱面)与凹球面(或凹柱面)之间。构成一个后反馈离轴虚共焦激光非稳腔激光器，可获得有效的激光功率输出(见图3)。该激光器中参数根据上述方程1和2及10-17确定如下激光板条增益宽度W为198mm激光板条增益高度H为2mm激光板条增益长度Z为500mm凸面高反射镜与凸面高反射镜之间间隔尺寸L为L＝Z+δL＝500+30＝530mm正向光束输出口尺寸ΔD0选为34mm根据方程1和2可计算出凹面高反射镜曲率半径2FD为5549.4mm凸面高反射镜曲率半径2Fd为4489.4mm选择光束折叠次数N为13n＝(N-1)/2＝(13-1)/2＝6根据方程10及知FD、Fd、ΔD0和n植可计算出ΔDn为8.5mm凸面高反射镜沿板条状增益宽度方向尺寸为D-ΔD0+δd＝198-34+12＝176mm凸面高反射镜沿板条状增益高度方向尺寸为H+δd＝2+16＝18mm凹面高反射镜沿板条状增益宽度方向尺寸为
D-ΔDn+δD＝198-8.5+6.5＝196mm凹面高反射镜沿板条状增益高度方向尺寸为H+δD＝2+16＝18mm平面高反射镜沿板条状增益宽度方向尺寸为ΔDn+δh＝8.5+16.5＝25mm平面高反射镜沿板条状增益高度方向尺寸为ΔDn+δh＝8.5+16.5＝25mm。
权利要求
1.一种后反馈离轴虚共焦激光非稳腔由一个凸球面或凸柱面高反射镜，一个凹球面或凹柱面高反射镜和一个平面高反射镜构成。凸球面或凸柱面高反射镜1和凹球面或凹柱面高反射镜2构成一个具有正向光束输出口4和反向光束输出口5的反射式虚共焦光学望远镜系统，平面高反射镜3放置在凹球面或凹柱面高反射镜处的反向光束输出口5外，其反射面朝着反向光束输出口5，并垂直于反射式虚共焦光学望远镜系统的光轴6，激光输出光束从正向光束输出口4处输出。板条状增益置于虚共焦光学望远镜系统中，其长度方向平行于光轴6，一长度方向边离光轴6值为0，另一长度方向边离光轴6值为板条状增益宽度，板条状增益离凸球面或凸柱面高反射镜和凹球面或凹柱面高反射镜距离分别为δL/2；后反馈离轴虚共焦激光非稳腔反向光束输出口尺寸大小应为ΔDn=ΔD0(FdFD)n]]>式中ΔDn-反向光束输出口尺寸，ΔD0-正向光束输出口尺寸，FD-凹面高反射镜焦距长度，Fd-凸面高反射镜焦距长度，N-光束在腔内的折叠次数，n＝(N-1)/2，凸面高反射镜的尺寸大小为沿板条状增益宽度方向为D-ΔD0+δdmmδd＝5～15mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmmδh＝10～30mm凹面高反射镜的尺寸大小为沿板条状增益宽度方向为D-ΔDn+δDmmδD＝5～15mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmmδh＝10～30mm平面高反射镜的尺寸大小为沿板条状增益宽度方向为ΔDn+δhmmδh＝10～30mm沿板条状增益高度方向为增益高度H+δhmmδh＝10～30mm板条状激光增益长度Z为Z＝L-δLδL＝10～50mm式中H-激光板条增益高度；Z-激光板条增益长度；D-板条状增益宽度在凹面高反射镜处平面上投影的宽度，即板条激光增益宽度；L-凸面高反射镜与凸面高反射镜之间间隔尺寸。
全文摘要
本发明涉及后反馈离轴虚共焦激光非稳腔。属于激光光学谐振腔技术。它利用一个反射式离轴虚共焦光学望远镜系统和一个平面反射镜构成一个后反馈离轴虚共焦激光非稳腔。该后反馈离轴虚共焦激光非稳腔用于板条状激光增益的激光器中，有效地利用了传统离轴虚共焦激光谐振腔中无用的反向传输光束，实现正反向双向光束的放大输出，可有效地提高激光功率的提取效率。
文档编号H01S3/081GK1155775SQ96120648
公开日1997年7月30日 申请日期1996年11月15日 优先权日1996年11月15日
发明者辛建国 申请人:北京理工大学