一種免調(diào)節(jié)的可變腔長激光器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種免調(diào)節(jié)的可變腔長激光器，所述激光器包括：輸出鏡、全反鏡、激光棒以及光路轉(zhuǎn)折裝置；輸出鏡、全反鏡及激光棒構(gòu)成激光諧振腔，光路轉(zhuǎn)折裝置放置在激光棒與全反鏡之間的光路上；其中，光路轉(zhuǎn)折裝置包括第一道威棱鏡、第二道威棱鏡以及平移臺(tái)；第一道威棱鏡、第二道威棱鏡固定安裝于平移臺(tái)上，第一道威棱鏡在平移臺(tái)上垂直固定，第二道威棱鏡水平側(cè)放固定在平移臺(tái)上，用于保證入射第一道威棱鏡的光與出射第二道威棱鏡的光保持平行；通過移動(dòng)平移臺(tái)改變激光器的腔長，不需要重新調(diào)整光路。
【專利說明】一種免調(diào)節(jié)的可變腔長激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于固體激光領(lǐng)域，尤指一種免調(diào)節(jié)的可變腔長激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，1974年美國的Thomas G.Crow發(fā)明了一種交叉玻羅棱鏡諧振腔；該技術(shù)備受各國軍方的重視，已被廣泛采用。1994年日本的矢野宣夫發(fā)明了一種激光振蕩器；采用直角棱鏡(特殊鍍膜和工作狀態(tài))作為尾鏡，與平面輸出鏡構(gòu)成諧振腔，獲得高抗失調(diào)穩(wěn)定性和平頂高斯光束輸出。1987年浙江大學(xué)的范琦康等人設(shè)計(jì)了一種穩(wěn)定準(zhǔn)直的線偏振輸出激光器；采用角錐棱鏡作為折光器構(gòu)成折疊腔，諧振腔的兩塊反射鏡由同一塊玻璃基板鍍以不同反射率的膜而構(gòu)成；該激光器在強(qiáng)烈振動(dòng)及大幅度溫度變化環(huán)境下光學(xué)諧振腔能始終保持準(zhǔn)直，激光輸出功率穩(wěn)定。
[0003]改變激光器的腔長可以改變激光器的很多參數(shù)，如改善激光器模式、從而適應(yīng)很多應(yīng)用場合需要。但是，現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改變激光器腔長時(shí)，需要重新調(diào)校激光器，而通過改變腔長改善激光器參數(shù)非常不易操作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決改變腔長改善激光器參數(shù)非常不易操作的問題，通過串聯(lián)使用道威棱鏡并配合相應(yīng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了一種可改變激光器腔長并且不需要重新調(diào)整光路的激光器。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種免調(diào)節(jié)的可變腔長激光器，所述激光器包括:輸出鏡、全反鏡、激光棒以及光路轉(zhuǎn)折裝置；所述輸出鏡、全反鏡及激光棒構(gòu)成激光諧振腔，所述光路轉(zhuǎn)折裝置放置在所述激光棒與全反鏡之間的光路上；其中，所述光路轉(zhuǎn)折裝置包括第一道威棱鏡、第二道威棱鏡以及平移臺(tái)；所述第一道威棱鏡、第二道威棱鏡固定安裝于所述平移臺(tái)上，所述第一道威棱鏡在所述平移臺(tái)上垂直固定，所述第二道威棱鏡水平側(cè)放固定在所述平移臺(tái)上，用于保證入射所述第一道威棱鏡的光與出射所述第二道威棱鏡的光保持平行；通過移動(dòng)所述平移臺(tái)改變激光器的腔長，不需要重新調(diào)整光路。
[0006]通過本發(fā)明的可變腔長的激光器，利用平移臺(tái)移動(dòng)來改變激光器腔長，并且在改變腔長時(shí)，即使發(fā)生了方位或俯仰上的變化，不需要重新調(diào)節(jié)光路，也能保持激光諧振腔內(nèi)振蕩的激光可以反射回激光棒，保證了激光輸出的穩(wěn)定性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。在附圖中:
[0008]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的可變腔長的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的光路轉(zhuǎn)折裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3A及圖3B為本發(fā)明實(shí)施例在發(fā)生方位變化時(shí)的光束傳輸示意圖。[0011]圖4A、圖4B及圖4C為本發(fā)明實(shí)施例在發(fā)生俯仰變化時(shí)的光束傳輸示意圖。【具體實(shí)施方式】
[0012]以下配合圖式及本發(fā)明的較佳實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段。
[0013]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的可變腔長的激光器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述激光器包括:輸出鏡1、激光棒2、全反鏡3以及光路轉(zhuǎn)折裝置4 ；
[0014]輸出鏡1、激光棒2及全反鏡3構(gòu)成激光諧振腔，光路轉(zhuǎn)折裝置4放置在激光棒2與全反鏡3之間的光路上。
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的光路轉(zhuǎn)折裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)合圖1及圖2所示，光路轉(zhuǎn)折裝置4包括第一道威棱鏡41、第二道威棱鏡42以及平移臺(tái)43 ;第一道威棱鏡41、第二道威棱鏡42固定安裝于平移臺(tái)43上，第一道威棱鏡41在平移臺(tái)43上垂直固定，第二道威棱鏡42水平側(cè)放固定在平移臺(tái)43上，用于保證入射第一道威棱鏡41的光與出射第二道威棱鏡42的光保持平行；
[0016]通過移動(dòng)平移臺(tái)43改變激光器的腔長，不需要重新調(diào)整光路。
[0017]在本實(shí)施例中，兩個(gè)道威棱鏡采用垂直相交的關(guān)系設(shè)置。
[0018]在一具體實(shí)施例中，在激光器工作時(shí)，會(huì)產(chǎn)生如圖1所示的光路，激光棒2發(fā)射初始光LI，入射第一道威棱鏡41，當(dāng)移動(dòng)平移臺(tái)43時(shí)，如果產(chǎn)生方位的變化，則入射第一道威棱鏡的光在第一道威棱鏡的兩個(gè)斜面上發(fā)生兩次全內(nèi)反射后射出，出射第一道威棱鏡的光LI’與初始光LI保持平行。
[0019]出射第一道威棱鏡41的光LI’從第二道威棱鏡42的一斜面入射，在第二道威棱鏡42內(nèi)經(jīng)過折射，反射，再折射后，從第二道威棱鏡42的另一斜面射出，當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)時(shí)如果產(chǎn)生俯仰的變化，出射第二道威棱鏡42的光L2與初始光LI保持平行。
[0020]出射第二道威棱鏡42的光L2經(jīng)過全反鏡3反射后，反射光L3經(jīng)原光路返回至激光棒2 ;
[0021]初始光LI經(jīng)過前述過程，在激光諧振腔內(nèi)振蕩放大，在輸出鏡I處耦合輸出。
[0022]在本實(shí)施例中，平移臺(tái)43設(shè)置有一電機(jī)(未繪示)，用于移動(dòng)平移臺(tái)43的位置。通過移動(dòng)平移臺(tái)43的位置，從而調(diào)整腔長；其中，激光器輸出單脈沖能量3mJ，重復(fù)頻率200Hz，脈寬最小12ns，調(diào)整位移平臺(tái)增加腔長，最大脈寬20ns，穩(wěn)定性滿足工業(yè)加工用激光器環(huán)境適應(yīng)性要求。
[0023]以下通過一實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案。圖3A及圖3B為本發(fā)明實(shí)施例在發(fā)生方位變化時(shí)的光束傳輸示意圖。圖4A、圖4B及圖4C為本發(fā)明實(shí)施例在發(fā)生俯仰變化時(shí)的光束傳輸不意圖。
[0024]在平移臺(tái)43移動(dòng)改變腔長時(shí)，平移臺(tái)43的光路上的第一道威棱鏡41及第二道威棱鏡42的方位和俯仰角度很難保證一致；
[0025]如圖3A所示，當(dāng)平移臺(tái)43方位未發(fā)生變化時(shí)，入射光垂直入射第一道威棱鏡41的底面，在一 45度的斜面發(fā)生全內(nèi)反射，再經(jīng)過與該斜面垂直的另一個(gè)45度斜面發(fā)生全內(nèi)反射，并從第一道威棱鏡41的底面射出，該出射光與入射光平行，傳播方向旋轉(zhuǎn)180度。
[0026]如圖3B所示，當(dāng)移動(dòng)平移臺(tái)43在方位上變化時(shí)，第一道威棱鏡41始終可以保持入射光與出射光依舊保持平行。
[0027]在本實(shí)施例中，第二道威棱鏡42相當(dāng)于一塊平板玻璃，不影響光的傳播。
[0028]如圖4A所示(觀察方向?yàn)樨Q直仰視或俯視光路轉(zhuǎn)折裝置4)，當(dāng)移動(dòng)平移臺(tái)43在俯仰方向上產(chǎn)生變化時(shí)，第一道威棱鏡41相當(dāng)于一個(gè)平面反射鏡，如果沒有第二道威棱鏡42，則當(dāng)平移臺(tái)43傾斜Θ角時(shí)，根據(jù)反射定律，反射光線傾斜2 Θ角，造成光路失調(diào)。
[0029]如圖4B所示，平移臺(tái)43在俯仰方向上未發(fā)生傾斜時(shí)，第一道威棱鏡41及第二道威棱鏡42內(nèi)的光線傳播情況。其中N2及N3分別為第二道威棱鏡兩個(gè)斜面的法線。α則為入射角，α ’為出射角，則α=α ’ ；則入射第二道威棱鏡42的光與出射第一道威棱鏡41的光是平行的。
[0030]如圖4C所示，當(dāng)平移臺(tái)43在俯仰方向上傾斜Θ角時(shí)(則第一道威棱鏡41和第二道威棱鏡42同時(shí)傾斜Θ角)，Ν4及Ν6分別為第二道威棱鏡42傾斜Θ角后的法線。根據(jù)折射定率和反射定律，入射光與入射面法線的夾角等于出射光與出射面法線的夾角，即β=β’；若入射光仍保持水平，由于法線Ν4傾斜了 Θ角，則入射角β與(圖4Β中)入射角α有以下關(guān)系:β = α + θ ;由于法線Ν6傾斜了 Θ角，則法線Ν6與水平線的夾角A與(圖4Β中)出射角α ’有以下關(guān)系:Α=α ’ - Θ。
[0031]因此，根據(jù)前述各式，可以求出傾斜后的出射第二道威棱鏡42的光與水平線的夾角C為:
[0032]C= β，-A= β - ( α，- Θ ) = ( α + Θ ) - ( α - Θ ) =2 θ ；
[0033]因?yàn)榈谝坏劳忡R41傾斜了Θ角，Ν7為第一道威棱鏡41的法線，則法線Ν7與水平方向的夾角為Θ角；由鏡面反射定律可知，出射第二道威棱鏡42的光經(jīng)過第一道威棱鏡41后，旋轉(zhuǎn)2 Θ出射第一道威棱鏡41，則出射第一道威棱鏡的光與入射第二道威棱鏡的光平行；由于光路是可逆的，所以在平移臺(tái)43移動(dòng)中，無論在方位上或/和俯仰方向上發(fā)生變化時(shí)，出射第一道威棱鏡的光與入射第二道威棱鏡的光，或者入射第一道威棱鏡的光與出射第二道威棱鏡的光始終平行，使得在調(diào)整腔長時(shí)不需要重新調(diào)節(jié)光路。
[0034]通過本發(fā)明第一道威棱鏡41和第二道威棱鏡42的設(shè)計(jì)使得平移臺(tái)43在平移時(shí)，如果整體方位和俯仰的變化，也可以保持激光諧振腔內(nèi)振蕩的激光可以反射回激光棒2。以此保證了激光輸出的穩(wěn)定性。
[0035]通過本發(fā)明的可變腔長的激光器，利用平移臺(tái)移動(dòng)來改變激光器腔長，并且在改變腔長時(shí)，即使發(fā)生了方位或俯仰上的變化，不需要重新調(diào)節(jié)光路，也能保持激光諧振腔內(nèi)振蕩的激光可以反射回激光棒，保證了激光輸出的穩(wěn)定性。
[0036]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種免調(diào)節(jié)的可變腔長激光器，其特征在于，所述激光器包括:輸出鏡、全反鏡、激光棒以及光路轉(zhuǎn)折裝置； 所述輸出鏡、全反鏡及激光棒構(gòu)成激光諧振腔，所述光路轉(zhuǎn)折裝置放置在所述激光棒與全反鏡之間的光路上； 其中，所述光路轉(zhuǎn)折裝置包括第一道威棱鏡、第二道威棱鏡以及平移臺(tái)；所述第一道威棱鏡、第二道威棱鏡固定安裝于所述平移臺(tái)上，所述第一道威棱鏡在所述平移臺(tái)上垂直固定，所述第二道威棱鏡水平側(cè)放固定在所述平移臺(tái)上，用于保證入射所述第一道威棱鏡的光與出射所述第二道威棱鏡的光保持平行； 通過移動(dòng)所述平移臺(tái)改變激光器的腔長，不需要重新調(diào)整光路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述激光棒發(fā)射初始光，入射所述第一道威棱鏡，當(dāng)移動(dòng)所述平移臺(tái)在方位上發(fā)生變化時(shí)，入射第一道威棱鏡的光在第一道威棱鏡的兩個(gè)斜面上發(fā)生兩次全內(nèi)反射后射出，出射第一道威棱鏡的光與所述初始光保持平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光器，其特征在于，所述出射第一道威棱鏡的光從所述第二道威棱鏡的一斜面入射，在所述第二道威棱鏡內(nèi)經(jīng)過折射，反射，再折射后，從所述第二道威棱鏡的另一斜面射出，當(dāng)移動(dòng)所述平臺(tái)在俯仰方向上發(fā)生變化時(shí)，出射第二道威棱鏡的光與所述初始光保持平行。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光器，其特征在于，所述出射第二道威棱鏡的光經(jīng)過所述全反鏡反射后，反射光經(jīng)原光路返回至所述激光棒； 所述初始光經(jīng)過在所述激光諧振腔內(nèi)振蕩放大，在所述輸出鏡處耦合輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器，其特征在于，所述平移臺(tái)設(shè)置有一電機(jī)，用于移動(dòng)所述平移臺(tái)的位置。
【文檔編號(hào)】H01S3/08GK103730825SQ201410003589
【公開日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】胡文華, 王燕辛 申請(qǐng)人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空制造工程研究所