一種激光聚焦裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型介紹了一種激光聚焦裝置，由激光束整形裝置和一個負支共焦非穩(wěn)腔組成。輸入的高斯激光束通過整形后成為空心環(huán)形光束，再通過耦合鏡注入負支共焦非穩(wěn)腔。通過激光束在負支共焦非穩(wěn)腔的來回反射，在焦點處的反復疊加，這樣可以在焦點處獲得高的激光強度。這樣的高強度激光可以用于光電離、光激發(fā)、三階非線性效應等實驗。
【專利說明】一種激光聚焦裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種激光聚焦裝置，尤其是涉及一種使用負支共焦非穩(wěn)腔的激光束聚焦裝置。
【背景技術】
[0002]很多光學效應只有在高強度光的強度才能產(chǎn)生。例如屬于三階非線性效應的受激拉曼，CARS，受激布里淵散射，四波混頻，三倍頻等；以及光解離分子，光誘導等離子體等。最簡單的方法是使用透鏡或者凹面反射鏡來聚焦激光束，這種方式只能將光束聚焦一次；在一些實驗中使用多程聚焦樣品池，在實驗介質(zhì)中光束來回折返形成多個焦點，來增加要觀察的現(xiàn)象強度。
[0003]而通過精確的設計光腔，可以讓光束多次在同一個焦點聚焦，可以獲得增加的激光能量。例如專利US3，825，325公開了一種將光束反復反射通過同一點來增加該點光強度的方法，使用兩個相向的凹面鏡，光束從其中一個凹面鏡的小孔注入光腔。專利EP 2 700986 Al公開了一種可以提高具有強度分布的激光束增強裝置，激光束在光腔內(nèi)按照閉合路徑傳播，反復疊加通過焦點。作者仔細地考慮了反射膜層對能量密度的承受能力對焦點強度的影響。這些設計結構比較復雜，需要特殊定制的反射鏡面和高超的調(diào)節(jié)技術。最常見的激光束是準直高斯激光束，在實際應用中，需要一種簡單而又高效的激光聚焦增強裝置。
實用新型內(nèi)容
[0004]為了解決【背景技術】中存在的問題，本實用新型的目的是提供一種激光束聚焦裝置，通過激光束多次在同一焦點聚焦來產(chǎn)生高激光功率，并且方案簡單，造價低，大部分裝置使用標準光學元件搭建，不使用復雜曲面光學表面。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:
[0006]一種激光束聚焦裝置，包括45度刮刀鏡一、W形鏡、凹面鏡一、45度刮刀鏡二、凹面鏡二，其特征在于:凹面鏡一與凹面鏡二相對設置組成一共焦非穩(wěn)腔；45度刮刀鏡二設置于共焦非穩(wěn)腔的光軸上，一輸入的準直實心激光束經(jīng)45度刮刀鏡一中心位置的通孔后照射到W形鏡上，被W形鏡整形為環(huán)形激光束后通過45度刮刀鏡一和45度刮刀鏡二的次第耦合反射進入共焦非穩(wěn)腔，隨后光束在共焦非穩(wěn)腔內(nèi)往復聚焦通過焦點。
[0007]詳細的是，W形鏡為軸對稱結構，軸向截面為W形，W形的三個交角均為直角，四條邊等長，于W形截面的上部形成一內(nèi)反射面。W形鏡的口徑為2R ;半徑為r的光束，經(jīng)過W形鏡整形為外徑為2R，內(nèi)徑為2(R-r)的環(huán)形光束。
[0008]W形鏡整形后的環(huán)形激光束被刮刀鏡反射進入共焦非穩(wěn)腔，45度刮刀鏡一，45度刮刀鏡二為45度角擺放，而其在光軸上的投影為圓環(huán)形；刮刀鏡的通光孔徑(內(nèi)孔在其光軸上的投影直徑)為2(R-r)。
[0009]進一步的，凹面鏡二在其中心半徑為z的區(qū)域具有對工作激光的高透射率，或者是小孔，一個讓激光泄漏的路徑。
[0010]共焦非穩(wěn)腔的細節(jié)是，凹面鏡一二的曲率半徑之比定義為縮束比M(M>1)，空心光斑的外徑與空心直徑之比為M，光束每傳播一周后光斑的外徑縮小為原來的1/M。
[0011]本實用新型的有益效果是:
[0012]當整形環(huán)形光束在共焦非穩(wěn)腔內(nèi)傳播時，若光束是連續(xù)波或者足夠長的脈沖光，就可以在光腔內(nèi)來回折返，并且反復按照同一個方向在焦點處聚焦，這樣由于光束的前后疊加，就可以獲得比簡單地使用透鏡或者凹面反射鏡聚焦光束數(shù)倍強的焦點。
[0013]本實用新型使用普通的高斯光束，或者其他類實心光束，來源廣泛，使用反射鏡避免了使用透鏡時候的光譜吸收問題，設置的光泄漏孔可以讓過多次反射之后的畸變光束逸出光腔，或者避免光束過分聚焦之后損壞兩個凹面反射鏡的中心；并且方案使用標準的光學元件，造價低，調(diào)節(jié)方便；不使用透射光學元件，僅僅使用反射，有利于增強裝置的抗光損傷能力。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1:激光聚焦裝置:(1)45度刮刀鏡一(2)W形鏡(3)凹面鏡一(4)45度刮刀鏡二(5)凹面鏡二。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖對本實用新型的實施方式做進一步的說明。
[0016]如附圖所示:
[0017]一種激光束聚焦裝置，包括45度刮刀鏡一 1、W形鏡2、凹面鏡一 3、45度刮刀鏡二4、凹面鏡二 5，其特征在于:凹面鏡一 3與凹面鏡二 5相對設置組成一共焦非穩(wěn)腔；45度刮刀鏡二 4設置于共焦非穩(wěn)腔的光軸上，一輸入的準直實心激光束經(jīng)45度刮刀鏡一 I中心位置的通孔后照射到W形鏡2上，被W形鏡2整形為環(huán)形激光束后通過45度刮刀鏡一 I和45度刮刀鏡二 4的次第耦合反射進入共焦非穩(wěn)腔，隨后光束在共焦非穩(wěn)腔內(nèi)往復聚焦通過焦點。
[0018]具體是，W形鏡2的光軸水平放置，使用直徑合適的實心激光束，例如高斯激光束沿其光軸先穿過了 45度刮刀鏡一 I的中心孔，后照亮W形鏡2的中心圓錐面，光束被垂直光軸地反射向四周，照亮其外周的坡面。
[0019]這里將參數(shù)R設置為20mm, r設置為2mm, z設置為0.5mm。
[0020]按照圖中的方位進行描述，光束被再次反射，成為了向45度刮刀鏡一 I方向行進的環(huán)形光束，并照亮45度刮刀鏡一 I ;光束被45度刮刀鏡一 I反射向45度刮刀鏡二 4，又被45度刮刀鏡二 4向左反射向凹面鏡一 3。
[0021]環(huán)形激光束被反射轉化為球面波，穿過45度刮刀鏡二 4的中心孔，在焦點處聚焦。最后，光束在凹面鏡一 3，凹面鏡二 5組成的共焦非穩(wěn)腔內(nèi)部來回反射，當光束為連續(xù)波，或者足夠長的脈沖，焦點處成為多程光束的反復疊加，獲得比單次聚焦更強的激光能量。
[0022]凹面鏡二 5的中心直徑為I毫米區(qū)域為一個透射區(qū)，用來作為激光束出口，防止激光束能量聚集損壞反射鏡，或者防止光束太多次反射之后，畸變積累導致光束質(zhì)量大大下降卻仍然存在腔內(nèi)，干擾應用。
[0023]注入共焦非穩(wěn)腔的平均光強度隨著M的減小M = R/R_r，M趨近I而按照ln(R_r/z)/ln(R/R-r)的比例迅速增加。這里R = 20,r = 2, z = 0.5mm,貝U因為光腔內(nèi)多次在焦點的聚焦，該方案所能獲得的焦點處理論最高光強比單次聚焦的強34倍。
[0024]在實際應用中，根據(jù)需要波長和需要光強的不同，調(diào)節(jié)反射鍍層的結構，來獲得最佳的效果。
[0025]實施例僅僅為了方便本專業(yè)人員理解專利內(nèi)容，不能因此限制專利的權利要求范圍。
[0026]本實用新型是種準直實心激光束聚焦裝置，由激光束整形裝置和一個負支共焦非穩(wěn)腔組成。輸入的高斯激光束通過整形后成為空心環(huán)形光束，再通過耦合鏡注入負支共焦非穩(wěn)腔。通過激光束在負支共焦非穩(wěn)腔的來回反射，在焦點處的反復疊加，這樣可以在焦點處獲得高的激光強度。這樣的高強度激光可以用于光電離、光激發(fā)、三階非線性效應等實驗。
【權利要求】
1.一種激光聚焦裝置，包括45度刮刀鏡一(1)、W形鏡(2)、凹面鏡一(3)、45度刮刀鏡二(4)、凹面鏡二(5),其特征在于:凹面鏡一(3)與凹面鏡二(5)相對設置組成一共焦非穩(wěn)腔；45度刮刀鏡二(4)設置于共焦非穩(wěn)腔的光軸上，一輸入的準直實心激光束經(jīng)45度刮刀鏡一(I)中心位置的通孔后照射到W形鏡(2)上，被W形鏡(2)整形為環(huán)形激光束后通過45度刮刀鏡一(I)和45度刮刀鏡二(4)的次第耦合反射進入共焦非穩(wěn)腔，隨后光束在共焦非穩(wěn)腔內(nèi)往復聚焦通過焦點。
2.按照權利要求1所述的激光聚焦裝置，其特征在于:W形鏡(2)為軸對稱結構，軸向截面為W形，W形的三個交角均為直角，四條邊等長，于W形截面的上部形成一內(nèi)反射面。
3.按照權利要求1所述的激光聚焦裝置，其特征在于:45度刮刀鏡一(1)、45度刮刀鏡二(4)均與其入射光路成45度角擺放，而其在光軸上的投影為圓環(huán)形。
4.按照權利要求1所述的激光聚焦裝置，其特征在于:凹面鏡二(5)的中心區(qū)域具有對工作激光的高透射率，或者凹面鏡二(5)的中心設有小孔，即提供一個讓激光泄漏的路徑。
5.按照權利要求1或4所述的激光聚焦裝置，其特征在于: 透過45度刮刀鏡一(I)的光束半徑為r ；ff形鏡的直徑為2R ;半徑為r的光束，經(jīng)過W形鏡整形為外徑為2R，內(nèi)徑為2(R-r)的環(huán)形光束； 45度刮刀鏡一(I)、和45度刮刀鏡二(4)刮刀鏡的通光孔徑(內(nèi)孔在其光軸上的投影直徑)為2 (R-r)； 凹面鏡一(3)與凹面鏡二(5)具有不等的焦距，凹面鏡一(3)與凹面鏡二(5)的曲率半徑之比定義為縮束比M(M>1)， 經(jīng)45度刮刀鏡二(4)反射的光束于凹面鏡一(3)上形成一空心光斑，空心光斑的外徑與光斑的空心處直徑之比為M，光束每往復傳播一周后光斑的外徑縮小為原來的1/M ；M的值為 R/(R-r)。
6.按照權利要求5所述的激光聚焦裝置，其特征在于:凹面鏡二(5)在其中心半徑為z的區(qū)域具有對工作激光的高透射率，或者凹面鏡二(5)在其中心半徑為z的區(qū)域是小孔；理論上的最高光強可以比單次聚焦的強In((R-r)/z)/In(R/(R-r))倍。
【文檔編號】G02B27/09GK204044435SQ201420420491
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】郭敬為, 蓋寶棟, 桑鳳亭, 金玉奇 申請人:中國科學院大連化學物理研究所