專利名稱：無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于激光器技術領域，涉及一種非穩(wěn)定光學諧振腔高功率激光器，特別涉及一種無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構。
背景技術：
光學諧振腔是獲得激光輸出的必要條件之一，一般分為穩(wěn)定腔、非穩(wěn)腔和臨界腔
三種型式。對于增益很大的激光器，為能獲得低階模高光束質量激光輸出，需要采用非穩(wěn)腔型式。非穩(wěn)腔有多種腔型結構，在高功率激光器中，通常采用正支虛共焦非穩(wěn)腔型式，結構如圖I所示，由一個大的金屬凹球面全反射鏡I和一個小的金屬凸球面全反射鏡2構成光學諧振腔，米用光學玻璃全透射平面鏡作為激光輸出窗口 3。由于激光器通常工作在密閉條件下，故輸出窗口同時也是密閉工作腔的一個密封元件。這種非穩(wěn)腔的結構特點是大凹球面鏡與小凸球面鏡構成的虛共焦點在諧振腔外，傳播原理是在自發(fā)輻射中由焦點發(fā)出的軸球面光波行進到大凹球面鏡反射后，成為平行于光軸的平面光波，該平面光波行進到小凸球面鏡反射后，又成為相當于由焦點發(fā)出的球面光波。經有限次反射后，從大凹球面鏡反射出的平面波激光，沿小凸球面鏡外緣透過全透射平面鏡輸出到激光器工作腔外，在近場形成一個中間為空心的環(huán)形光斑，而在遠場經衍射變化成為一實心光斑。激光增益介質處于大凹球面鏡與小凸球面鏡之間，小凸面鏡與輸出窗口同處于激光輸出側，一般將二者統(tǒng)稱為非穩(wěn)腔輸出腔鏡。對于高功率非穩(wěn)腔激光器，由于小凸球面鏡受光面積小、體積小，在承受高功率激光照射時，溫度升高，容易發(fā)生變形與損傷，影響激光穩(wěn)定輸出，因此必須采取良好的冷卻措施。從圖I所示的結構來看，小凸球面鏡不能懸浮在光腔中，需要通過一定的結構來安裝固定。通常的作法是將小凸球面鏡通過一根或多根橫向(垂直光軸方向)支桿固定在一個較大的環(huán)形件上(環(huán)形件內輪廓尺寸大于激光束截面尺寸)，然后再將環(huán)形件與輸出窗口依次密封固定在激光器工作腔上。小凸球面鏡與支桿內部為空心結構，可從腔外通入冷卻液對小凸球面鏡進行冷卻。這樣的結構不可避免的有一根或多根支桿橫置在激光束截面中，不僅對激光束有遮擋與分割作用，而且因衍射現(xiàn)象使激光遠場光斑發(fā)生畸變影響應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，該結構沒有支桿從激光束穿過，對激光束無遮擋與分割，激光遠場光斑形狀完整無畸變，同時也能對小凸球面鏡實施有效的冷卻，保證激光穩(wěn)定輸出。為了解決上述技術問題，本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構包括輸出窗口，小凸球面全反射鏡，導熱桿，窗口壓蓋；所述輸出窗口米用窗口壓蓋密封安裝在激光器工作腔的靠近小凸球面全反射鏡的端部；導熱桿由輸出窗口上的通孔穿過且在該通孔處與輸出窗口密封連接，小凸球面全反射鏡制作于導熱桿的位于激光器工作腔內的端部。激光器工作時，激光束從小凸球面全反射鏡外緣無遮擋的輸出到激光器工作腔夕卜，保證了激光光斑形狀完整無畸變。同時，小凸球面全反射鏡吸收的熱量能夠通過導熱桿快速傳導到激光器工作腔外側，從而對小凸球面全反射鏡實施有效冷卻，保證了激光的穩(wěn)定輸出。所述小凸球面全反射鏡可以與導熱桿為一體結構；小凸球面全反射鏡與導熱桿也可以是連接在一起的相互獨立的結構。所述窗口壓蓋上設有進氣咀。窗口壓蓋為圓環(huán)形，其上設置多個沿圓周均勻分布的進氣咀。由進氣咀吹來的低溫純凈氣體可同時對輸出窗口和導熱桿的位于激光器工作腔外側的部分進行冷卻，加快了導熱桿的散熱速度，提高了小凸球面全反射鏡冷卻的效果。
所述窗口壓蓋上安裝一吹氣圓筒，該吹氣圓筒上設有進氣咀。
所述吹氣圓筒上設置多個沿其圓周均勻分布的進氣咀。低溫純凈氣體可從各進氣咀均勻流入。從吹氣圓筒上進氣咀吹入的低溫純凈氣體可同時對輸出窗口和導熱桿的位于激光器工作腔外側的部分進行冷卻，吹入的氣體沿吹氣圓筒內側流出到大氣中。只從冷卻的功能來說，有進氣咀就足夠了，采用吹氣圓筒是對流出的氣體起導流作用，可使氣體均勻流動，從而對激光束的傳輸不產生干擾。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明。圖I是背景技術正支虛共焦非穩(wěn)腔示意圖。圖2是本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構的實施例I示意圖。圖3是本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構的實施例2示意圖。圖4是本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構的實施例3示意圖。圖中1、大凹球面全反射鏡，2、小凸球面全反射鏡，3、輸出窗口，4、激光器工作腔，
5、窗口壓蓋，6、進氣咀，7、導熱桿，8、吹氣圓筒。
具體實施例方式高功率非穩(wěn)腔激光器一般包括激光器工作腔、大凹球面全反射鏡、激光增益介質、小凸球面全反射鏡、輸出窗口、窗口壓蓋；大凹球面全反射鏡和小凸球面全反射鏡安裝固定在激光器工作腔內，兩者相對放置構成光學諧振腔，激光增益介質處于大凹球面全反射鏡與小凸球面全反射鏡之間；輸出窗口采用光學玻璃全透射平面鏡作為激光輸出窗口。小凸球面全反射鏡與輸出窗口同處于激光輸出側，一般將二者統(tǒng)稱為非穩(wěn)腔輸出腔鏡。實施例I如圖2所示，本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構包括輸出窗口 3，小凸球面全反射鏡2,導熱桿7,窗口壓蓋5 ;所述輸出窗口 3米用窗口壓蓋5密封安裝在激光器工作腔4的靠近小凸球面全反射鏡2的端部，窗口壓蓋5可以是圓環(huán)形，也可以是其他形狀；導熱桿7由輸出窗口 3上的通孔穿過且在該通孔處與輸出窗口 3密封連接(可以采用膠粘方式密封)，小凸球面全反射鏡2制作于導熱桿7的位于激光器工作腔4內的端部，與導熱桿7為一體結構。
實施例2如圖3所示，本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構包括輸出窗口 3，小凸球面全反射鏡2,導熱桿7,窗口壓蓋5 ;所述輸出窗口 3米用窗口壓蓋5密封安裝在激光器工作腔4的靠近小凸球面全反射鏡2的端部,窗口壓蓋5為圓環(huán)形；導熱桿7由輸出窗口 3上的通孔穿過且在該通孔處與輸出窗口 3密封連接(可以采用膠粘方式密封)，小凸球面全反射鏡2制作于導熱桿7位于激光器工作腔4內的端部,與導熱桿7為一體結構；窗口壓蓋5的圓周上均勻或不均勻分布多個進氣咀6。實施例3 如圖4所示，本發(fā)明的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構主要由小凸球面全反射鏡2、輸出窗口 3、窗口壓蓋5、吹氣圓筒8和導熱桿7構成。所述的輸出窗口 3中心加工有圓通孔，小凸球面全反射鏡2制作于導熱桿前部71 (即位于激光器工作腔內的部分)的前端，導熱桿前部71的后端通過輸出窗口 3上的圓通孔與導熱桿后部72(即位于激光器工作腔4外側的部分)密封連接成一體組件(連接可采用螺紋聯(lián)接等方式，密封可采用在小凸球面鏡2與輸出窗口 3的接觸面間加橡膠密封墊等方式);采用窗口壓蓋5將輸出窗口 3密封安裝在激光器工作腔4的端部(密封可采用在輸出窗口 3與激光器工作腔4接觸面之間加橡膠密封墊等方式)，窗口壓蓋5為圓環(huán)形。吹氣圓筒8安裝在窗口壓蓋5上(安裝可采用螺紋聯(lián)接等方式)，吹氣圓筒8上靠近輸出窗口端設置多個沿其圓周均勻或不均勻分布的進氣咀6。從吹氣圓筒8上進氣咀6吹入的低溫純凈氣體可同時對輸出窗口 3和導熱桿后部72進行冷卻，吹入的氣體沿吹氣圓筒8內側流出到大氣中。只從冷卻的功能來說，有進氣咀6就足夠了，采用吹氣圓筒8是對流出的氣體起導流作用，可使氣體均勻流動，從而對激光束的傳輸不產生干擾。激光器工作時，小凸球面鏡2吸收的熱量可快速通過導熱桿7傳導到激光器工作腔4外側，從吹氣圓筒8上的進氣咀6通入低溫純凈氣體(如氮氣)，直接吹向輸出窗口 3與導熱桿7，對二者進行強制對流冷卻，通入吹氣圓筒8內的氣體沿筒內壁均勻向外流出到大氣中。為減小因氣體不規(guī)則流動對激光傳輸?shù)挠绊?，吹氣圓筒8上的進氣咀6設置多個并沿圓周均勻分布，使進氣均勻流入。如激光器功率很大使小凸球面鏡2吸收的熱量更多，導熱桿7還可采用傳熱速率非常高的熱管技術制成，使熱量更快的傳導出來，并通過加大冷卻氣體的進氣流量來提高對導熱桿7的冷卻效果，可保證激光穩(wěn)定輸出。小凸球面鏡2與導熱桿7通常采用導熱性能好的紫銅材料制成，輸出窗口 3通常采用對激光有優(yōu)良透過性能的光學材料制成。
權利要求
1.ー種無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，包括輸出窗ロ(3)，小凸球面全反射鏡(2)，窗ロ壓蓋(5);輸出窗ロ(3)采用窗ロ壓蓋(5)密封安裝在激光器工作腔(4)的靠近小凸球面全反射鏡(2)的端部；其特征在于還包括導熱桿(7);所述導熱桿(7)由輸出窗ロ(3)上的通孔穿過且在該通孔處與輸出窗ロ(3)密封連接，小凸球面全反射鏡(2)制作于導熱桿(7)的位于激光器工作腔內的端部。
2.根據(jù)權利要求I所述的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，其特征在于所述小凸球面全反射鏡(2)與導熱桿(7)為一體結構。
3.根據(jù)權利要求I所述的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，其特征在于所述窗ロ壓蓋(5)上設有進氣咀(6)。
4.根據(jù)權利要求3所述的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，其特征在于所述窗ロ壓蓋(5)為圓環(huán)形，其上設置多個沿圓周均勻分布的進氣咀(6)。
5.根據(jù)權利要求I所述的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，其特征在于所述窗ロ壓蓋(5)上安裝一吹氣圓筒(8)，該吹氣圓筒(8)上設有進氣咀(6)。
6.根據(jù)權利要求5所述的無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，其特征在于所述吹氣圓筒(5)上設置多個沿其圓周均勻分布的進氣咀(6)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無橫向支桿非穩(wěn)腔輸出腔鏡安裝結構，該結構包括輸出窗口，小凸球面全反射鏡，導熱桿，窗口壓蓋；所述輸出窗口采用窗口壓蓋密封安裝在激光器工作腔的靠近小凸球面全反射鏡的端部；導熱桿由輸出窗口上的通孔穿過且在該通孔處與輸出窗口密封連接，小凸球面全反射鏡制作于導熱桿的位于激光器工作腔內的端部。本發(fā)明激光束從小凸球面全反射鏡外緣無遮擋的輸出到激光器工作腔外，保證了激光光斑形狀完整無畸變。同時，小凸球面全反射鏡吸收的熱量能夠通過導熱桿快速傳導到激光器工作腔外側，從而對小凸球面全反射鏡實施有效冷卻，保證了激光的穩(wěn)定輸出。
文檔編號H01S3/04GK102664341SQ20121014281
公開日2012年9月12日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權日2012年5月10日
發(fā)明者李世明, 李殿軍, 楊貴龍, 邵春雷, 郭勁 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所