專利名稱：集束式超大功率二氧化碳激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種集束式超大功率優(yōu)良模式二氧化碳激光器，屬于激光應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
波長為10.6μm的二氧化碳激光具有良好的水吸收特性和自由空間穿透性，尤其是作用于生物體組織，能夠產(chǎn)生良好的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)。因此二氧化碳激光器的研制和應(yīng)用倍受重視，發(fā)展很快。自70年代初以來，二氧化碳激光器經(jīng)歷了直流激勵封離型、快速軸流型、快速橫流型等三代，以及改進的快速軸流型準第四代，目前已發(fā)展到了射頻激勵擴散型冷卻的第四代，激光器體積大大縮小，模式質(zhì)量大幅提高，標志性值達到1.1～1.3，真正實現(xiàn)了功率大，模式質(zhì)量高的完美統(tǒng)一。但是，國內(nèi)第四代二氧化碳激光器尚處于研究階段，而進口產(chǎn)品價格昂貴，單支100W射頻激勵二氧化碳激光器售價2萬多美元，而1000W的則需30多萬美元，很多臨床、工程及實驗的推廣應(yīng)用因此受阻。國內(nèi)的第二、三、準四代產(chǎn)品由于體積龐大，外設(shè)復(fù)雜，振動噪聲大等問題，也還不適合在上述場合應(yīng)用。
本實用新型的目的是依據(jù)國內(nèi)二氧化碳激光器的研制和生產(chǎn)水平，在已形成批量生產(chǎn)能力的第一代國產(chǎn)直流激勵封離型激光器的基礎(chǔ)上，采用通常的穩(wěn)頻、鎖模等技術(shù)改善單支激光器的性能指標而提供的一種集束式超大功率二氧化碳激光器。
本實用新型所采用的技術(shù)方案如下
1、采用若干支激光器排列成正六方陣列(1)，對該陣列可用行加以描述激光器分組排成行，行與行相互平行，設(shè)有一中心組，其他各組對稱分列其兩邊，對稱位置上的組數(shù)目相等。當(dāng)中心組采用三支時，在其兩邊對稱排列各一組兩支，陣列可表示為“232”；陣列共由7支激光器組成；中心組為5支的陣列分為5組，可表示為“34543”，共有19支激光器；依次類推……，中心組為N支的陣列分為N組，共有N-2(1+2+…(N-1)/2)支。例如，中心組為7支的陣列分7組，可表示為“4567654”，共有7-2(1+2+3)=37支激光器。
排成陣列的激光器互相平行，朝一個方向(前方)平行但分散地發(fā)射激光束。
2、在激光器陣列前方設(shè)有匯聚反射鏡陣列為中心組激光器發(fā)射激光束各配一面45°的反射鏡，而為其余每個激光器配備一對反射鏡，其中一組外圍反射鏡呈45°，把分散的激光束各向中心組折射90°，另一組中央反射鏡，也呈45°，把外圍反射鏡折射來的激光束再折射90°至與中心組激光束平行并與其緊密靠攏，成為呈正六邊形緊密排列的大口徑合成激光束。為避免各反射鏡遮擋其他激光束，匯聚反射鏡應(yīng)前后錯開排列，并匯聚反射鏡應(yīng)排在垂直于光軸的同一平面內(nèi)。
3、折射后的大口徑合成激光束由縮束透鏡組縮成小口徑高光強的合成激光束，以便進一步傳送到需要的地點，聚焦后得到足夠大的焦深。
4、縮束后的合成激光束由聚焦透鏡聚焦，形成規(guī)定焦長、焦深和光斑口徑的超大功率的激光工作區(qū)。
本實用新型的優(yōu)點十分明顯1、成本低廉，與相同功率的快速軸流、快速橫流工業(yè)用二氧化碳激光器相比，僅為其成本的1/3；與射頻激勵激光器相比，則不到其1/6。2、激光功率大，模式優(yōu)良，合成激光束的質(zhì)量接近準四代水平；3、激光反射次數(shù)少，反射鏡數(shù)量少，中心組只反射一次，其余組各反射兩次，能量損耗少；4、性能價格比高，適合我國及其它發(fā)展中國家的國情，便于推廣應(yīng)用；5、整體結(jié)構(gòu)科學(xué)合理，體積小，重量輕，無機械振動噪聲，對其它儀器設(shè)備無光、電、磁干擾，無廢氣廢物，不污染環(huán)境，不需要特殊電源，非常適合醫(yī)院手術(shù)室、科研單位實驗室等特殊場合應(yīng)用。
以下結(jié)合附圖及實施例進一步說明附

圖1為本實用新型的原理結(jié)構(gòu)示意圖。
由圖1所示，集束式超大功率激光器由19支激光器排成正六方形陣列1，共五組，中心組有5支，排成一行，另各有兩組分別有4支和3支，對稱地交錯排列在其兩旁，可描述為“34543”陣列；19支激光器相互平行，朝一個方向(上方)平行且分散地發(fā)射出19條激光束2。
在激光器陣列1的前方，設(shè)有14面外圍反射鏡3和19面中央反射鏡4組成的匯聚反射鏡陣列，從A-O-B剖面可見中心組激光器發(fā)射的五條激光束經(jīng)五面45°中心反射鏡折射成為合成激光束的中心組，其余組激光器發(fā)射的激光束先由各自的外圍反射鏡3向中心折轉(zhuǎn)90°，再由各自的中央反射鏡4折轉(zhuǎn)90°至與中心激光束平行并互相靠攏成為大口徑合成激光束的另外四組，經(jīng)匯聚后的大口徑合成激光束按“34543”排成密集的正六方形陣列，光強基本未變。
由一個凸透鏡與一個凹透鏡組成縮束透鏡組5，對合成激光束進行縮束，縮小其口徑，提高其光強，不改變陣列形狀。
由聚焦透鏡6對小口徑高光強的合成激光束進行聚焦，形成規(guī)定焦長、焦深及光斑口徑的超大功率的激光工作區(qū)。
權(quán)利要求1.一種集束式超大功率激光器，其特征在于采用多支激光器(7、19、37、61…)按多行方式排成正六方形陣列，各激光器相互平行，朝一個上方方向平行但分散地發(fā)射多束激光束；在激光器陣列前方，設(shè)匯聚反射鏡陣列，將分散的激光束匯聚成大口徑密集正六方形陣列的合成激光束；由縮束透鏡縮小合成激光束的口徑；由聚焦透鏡把縮束后的小口徑合成激光束聚焦成規(guī)定焦長、焦深和光斑口徑的工作區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大功率激光器，其特征在于多支激光器(7、19、37、61…)按多組形成三組232、五組34543、七組4567654、九組567898765排成正六方形陣列，對N組的陣列，其中心組有N支，兩面對稱向外遞減。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大功率激光器，其特征在于中心組激光器發(fā)出的每束激光各經(jīng)一面45°中心反射鏡折轉(zhuǎn)90°，經(jīng)一次反射成為合成激光束的中心組，為其余各組激光器配有一對外圍反射鏡和中央反射鏡，外圍反射鏡(3)把激光束向中心折轉(zhuǎn)90°，中央反射鏡再折轉(zhuǎn)90°至與中心組激光束相平行，經(jīng)二次反射成為合成激光束的外圍組，合成激光束密排為正六方形陣列。對應(yīng)采用7、19、37、61…支激光器，匯聚反射鏡陣列的反射鏡面數(shù)目分別為11、33、67、113…。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超大功率激光器，其特征在于它包括一片凸透鏡和一片凹透鏡，對大口徑合成激光束進行縮束。
專利摘要本實用新型涉及一種集束式超大功率激光器,采用多支(7、19、37、61…)激光器按多行方式排成正六方形陣列,各激光器相互平行,朝一個方向(上方)平行但分散地發(fā)射多束激光束;在激光器陣列前方,設(shè)匯聚反射鏡陣列,將分散的激光束匯聚成大口徑密集正六方形陣列的合在激光束;由縮束透鏡縮小合成激光束的口徑;由聚焦透鏡把縮束后的小口徑合成激光束聚焦成規(guī)定焦長、焦深和光斑口徑的工作區(qū)。
文檔編號H01S3/23GK2419711SQ00201118
公開日2001年2月14日 申請日期2000年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月28日
發(fā)明者張志遠, 宋永成, 鄔江興, 鄧珂, 吳明營 申請人:國家數(shù)字交換系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心