专利名称：免调试固体激光装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种免调试固体激光装置，适用于工业、国防、医疗、科学研究等领域，尤其适用于激光打孔、焊接、切割、划片、标刻、微调、电路布线、表面热处理、测距、雷达、瞄准指示、预警、制导及武器、视网膜凝结、各种疾病治疗、全息摄影、信息存储、大容量通信、环境监测。
在激光技术发展的进程中，固体激光器最早实现激光输出。自从1960年在世界上第一次制成红宝石激光器以来，固体激光技术发展十分迅速。目前，实现激光振荡的固体工作物质已达百余种，激光谱线数千条。使用的激光器有红宝石激光器、钕玻璃激光器、掺钕钇铝石榴石激光器，该固体激光器由三个基本部分组成，即固体工作物质(亦称激光棒)、泵浦光源和光学谐振腔。激光棒是激光器的心脏，其内部的基态粒子在外界泵浦光源的激励下，实现粒子数反转分布并产生受激辐射，激光是受激辐射放大的相干光，一般还需要借助于光学谐振腔的作用，光学谐振腔采用两块平面反射镜(或曲面镜)组成平行平面腔。激光棒置于谐振腔的轴线上，谐振腔具有选模作用和足够高的光学正反馈能力，以保证在腔轴方向上满足谐振条件的振荡光子在腔内有足够长的寿命。这样在增益介质内由自发辐射光子所引发沿腔轴方向来回振荡的受激辐射光子数会越来越多。当光束能量在腔内来回一次所获得的放大足以补偿它的各种损耗时，便有激光输出。从激光产生机理可以看出，要产生激光输出，必须通过调试使谐振腔的全反射镜面和部分反射镜面严格平行且与激光棒垂直。否则振荡光束将偏出腔体而不能产生激光。故激光器失调的根本原因是振荡光路的行迹受谐振腔镜面法线倾角的调制，经若干次振荡后，其对应的光路将按2nα方向偏出腔体。一般情况下，当倾角大于20秒时，便无激光输出。由于调整精度极高，装配不能直接满足这一要求，因此固体激光器在结构上均设计有两套专门的调节机构来保证其成腔要求。随之而来，谐振腔的结构及其调整便成了固体激光器在安装使用及维护过程中的技术难题，限制了其应用，尤其是在军事领域和工业激光加工设备中，固体激光器尚不能实现换件修理。固体激光器易失调，调试困难，结构复杂，成本高。
经发明人检索中国专利，对已公开的427个涉及激光器的专利技术分析表明，现有固体激光器是一种结构复杂、易失调、调试困难的激光器，未发现一种免调试固体激光装置被公开使用。
本实用新型的目的是提供了一种免调试固体激光装置，采用三面体定向棱镜，使结构简单、免调试、不失调、成本低。
为解决上述任务，本实用新型采用以下技术方案激光棒内自发辐射出的光束经三面体定向棱镜全反射后，其出射光束一定与入射光束平行或重合，只要往返光束穿过激光棒，即使不与棒轴线平行的自发辐射光或者定向棱镜绕其角顶及其附近转动时，激光器仍能稳定输出激光。基于这一原理，该装置由三面体定向棱镜、激光棒或激光工作物质、聚光腔、泵灯、泵浦电源等组成。其特征是在激光棒前放置三面体定向棱镜，三面体定向棱镜角顶O置于激光棒的轴线上。激光棒一端面镀有透反膜，使激光棒与部分反射镜构成一体，构成免调试结构。在一根激光棒一端面镀全反射膜，另一端面镀增透膜，作为振荡棒；在另一根激光棒一端面镀增透膜，另一端面镀部分反射膜作为放大棒，将激光棒对称放置，构成串接免调试结构。也可将激光棒按阵列分布，在激光棒一端镀透反膜作为输出腔，构成大功率、大能量、不失调、免调试的固体激光装置。
图1为免调试固体激光装置结构示意图图2为三面体定向棱镜侧视图图3为三面体定向棱镜装置结构示意图图4为免调试固体激光装置串接结构示意图下面根据附图对本实用新型作进一步详细描述根据图1、图2、图3可知，激光棒2和泵灯5分别置于椭圆柱聚光腔3的两根焦线上，保证泵灯5发出的光线经椭圆柱聚光腔3内表面反射，聚集到激光棒2上去。在激光棒2前放置三面体定向棱镜1，三面体定向棱镜1的角顶位于激光棒2的轴线上，保证激光棒2内自发辐射出来的光线经三面体定向棱镜1全反射后按原光路返回激光棒2进行振荡实现激光输出。另外，由于部分反射镜4通过镀透反膜固化在激光棒2的其中一个端面上(另一个端面镀增透膜)，因此装配后可实现免调试功能。泵浦系统由椭圆柱聚光腔3、泵灯5和泵浦电源6组成，泵浦电源6将工作电压加在泵灯5的两端，使泵灯5发光。三面体定向棱镜1侧视图的工作原理是首先，迎底面入射于三面体定向棱镜1的光线，经三个反射面相继反射后，出射光线平行于入射光线，三面体定向棱镜1绕角顶转动时，绝不会引起反射光线方向的变化。其次是不管入射光线与底面成何种角度入射，只要光线在三个直角面上依次反射，其入射光线和出射光线在沿光线方向看去，其投影与三面体定向棱镜1的顶点O呈中心对称。再次是不管入射光线与底面成何种角度入射，只要入射光线通过三面体定向棱镜1的角顶O，其出射光线一定与入射光线重合。为了保证三面体定向棱镜1的角顶位于激光棒2的轴线上或附近，三面体定向棱镜1放入锥形座筒7内其结构能自动保证三面体定向棱镜1的角顶落在锥形座筒7的轴线上，再用连接螺8将三面体定向棱镜1、锥形座筒7连为一体。
按照图4可知，将两根激光棒2a、2b对称于三面体定向棱镜1角顶O的两侧，其中一根激光棒2a的一端面镀成全反射膜，成为全反射镜9；在另一端A面镀成增透膜，构成振荡棒2a；第二根激光棒2b的一端面镀成透反膜，成为部分反射镜4，在另一端B面镀成增透膜，构成放大棒2b。振荡棒2a内自发辐射出的光线，经全反射镜9反射后，返回激光棒2a内，经三面体定向棱镜1耦合进入放大棒2b内，最后射到部分反射镜4上，形成往返振荡与光放大，最终在放大棒2b的部分反射镜4一端面输出激光。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果结构简单，操作方便，不需要复杂的调节机构。免调试，因位置误差冗余较大，制造精度就能保证各元件的定位要求，经装配后不必调试就能出激光。不失调，经环境或使用条件的变化，引起各元件之间沿一定自由度的位移，也不会导致不出激光的现象。改善了输出特性，实验表明，减小了激光发散角，提高了输出能量或功率。利于标准化，可制成不同规格，不同参数，不同用途的标准固体激光器，供用户选用或修理，换件方便，可广泛应用于军事、工业加工、医疗、科学研究等领域的固体激光设备中。
权利要求1.一种免调试固体激光装置，它由激光棒(2)或激光棒(2a)、(2b)、聚光腔(3)、泵灯(5)、泵浦电源(6)构成，其特征是在激光棒(2)前放置三面体定向棱镜(1)，三面体定向棱镜(1)角顶O置于激光棒(2)的轴线上，三面体定向棱镜(1)放入锥形座筒(7)内，用连接螺(8)将三面体定向棱镜(1)、锥形座筒(7)连为一体。
2.根据权利要求1所述的一种免调试固体激光装置，其特征是激光棒2的一端面镀成透反膜成为部分反射镜4。
3.根据权利要求1所述的一种免调试固体激光装置，其特征是激光棒(2a)(2b)对称于三面体定向棱镜(1)角顶O的两侧。
4.根据权利要求1或3所述的一种免调试固体激光装置，其特征是激光棒(2a)的一端面镀成全反射膜成为全反射镜(9)，在另一端A面镀成增透膜，激光棒(2b)的一端面镀成透反膜成为部分反射镜(4)，在另一端B面镀成增透膜。
专利摘要本实用新型公开了一种免调试固体激光装置。它由激光棒、聚光腔、泵灯、泵浦电源构成,其特征是在激光棒前放置三面体定向棱镜,并使其角顶置于激光的轴线上。将三面体定向棱镜放入锥形座筒内,用连接螺钉将三面体定向棱镜、锥形座筒连为一体。在激光棒的一端面上镀透反膜与三面体定向棱镜构成免调结构。该实用新型结构简单,操作方便,免调试,不失调,改善了激光器的输出性,广泛应用于军事、工业加工、医疗、科学研究等领域的固体激光设备中。
文档编号H01S3/16GK2310404SQ9823510
公开日1999年3月10日 申请日期1998年1月6日 优先权日1998年1月6日
发明者程勇, 王会升, 王志怀, 王晓兵, 韩良清, 张江柏 申请人:程勇