非稳成像谐振腔制造技术

本发明专利技术涉及非稳成像谐振腔。在一个方面中，功率放大器包括设置在第一垂直平面中的多个第一激光盘以及设置在与第一垂直平面相对的第二垂直平面中的多个第二激光盘，其中，多个激光盘被设置在中央水平面中，并且多个第一反射镜被设置在第一垂直平面中的以及多个第二反射镜被设置在第二垂直平面中的，其中，第一组反射镜被设置在下水平面中并且第二组反射镜被设置在上水平面中，其中，沿着光轴相邻的相应激光盘和反射镜被定位以在其间设置1:1成像系统。可描述其它方面。

【技术实现步骤摘要】
非稳成像谐振腔
本文中描述的主题涉及激光谐振腔系统，且更具体地涉及非稳成像谐振腔(unstableimagingresonator)。
技术介绍
固态激光盘具有沿着其背面安装至散热器的有源薄盘增益介质。背面对于激光和泵浦波长具有高度反射性并且前表面对于激光和泵浦波长具有高度透射性。在盘的前表面或“正面”进入盘，传播至背面的外部激光束被背面反射回至其离开盘的前表面。当在盘中传播时，激光束从盘提取能量。失去的能量由泵浦激光束还原，其还在盘的前表面进入盘，传播至背面的泵浦激光束被反射和传播至其离开盘的前表面。当通过盘进行传播时，泵浦光束将能量存放至盘并且激励介质。示例有源介质的是以可以是直径为10至2000毫米(mm)和厚度为200微米(0.20mm)的环形盘格式设置的Yb:YAG(掺镱钇铝石榴石)。泵浦光源通常由提供大于激光波长处的整体增益的二极管激光阵列设置，以使具有起到有源反射镜(activemirror)作用的激光盘。泵浦光束被以避免干扰激光束的入射角度呈现于正面。可以通过增加由泵浦光源传递的功率和/或将多个激光盘结合至激光盘谐振腔来增加激光盘输出光束功率。稳定的激光盘谐振腔被用于将多个盘的单个输出激光功率组合成用于例如在金属加工应用的多千瓦激光输出光束。由稳定的激光盘谐振腔产生的高功率输出光束是多模式的，并且通常是衍射极限的五十倍。虽然这适合于工业应用，诸如激光焊接，但不适于需要更加精确和紧密集中的输出激光束的应用。因此，期望提供产生高能量、可被用于更加精确的激光束应用的近衍射极限激光束的多个激光盘谐振腔。
技术实现思路
在一个方面中,非稳成像谐振腔包括反馈镜(feedbackmirror)和主镜(primarymirror)，两者提供沿着反馈镜与主镜之间的光轴传播的激光信号的非稳的谐振腔振荡；多个第一激光盘，设置在第一垂直平面；以及多个第二激光盘，设置在与第一垂直平面相对的第二垂直平面中，其中，多个激光盘被设置在中央水平面中；以及多个第一反射镜，设置在第一垂直平面中；以及多个第二反射镜，设置在第二垂直平面中，其中，第一组反射镜被设置在下水平面中并且第二组反射镜被设置在上水平面中。其中，在光轴中相邻的相应激光盘和反射镜被定位以在其间设置1:1成像系统。在另一方面中，功率放大器包括：多个第一激光盘，设置在第一垂直平面；以及多个第二激光盘，设置在与第一垂直平面相对的第二垂直平面中，其中，多个激光盘被设置在中央水平面中，以及多个第一反射镜，设置在第一垂直平面中；以及多个第二反射镜，设置在第二垂直平面中，其中，第一组反射镜被设置在下水平面中并且第二组反射镜被设置在上水平面中，其中，沿着光轴邻近的相应激光盘和反射镜被定位以在其间设置1:1成像系统。参照以下说明和附图可以看出本文中论述的特征、功能及优点可以在本文中描述的各种示例中独立地或者可以结合其它示例实现的更多细节。附图说明参考附图描述具体实施方式。图1是根据示例的1:1成像系统的示意框图。图2是根据示例的普通谐振腔的示意图。图3是根据示例的成像系统和谐振腔的简化示图的示意图。图4是在图3中示出的构造的重新布置的示意图。图5是根据示例的非稳谐振腔的第一类型的示意图。图6是根据示例的非稳谐振腔的第二类型的示意图。图7至图8是根据示例的谐振腔的操作原则的示意图。图9至图11是根据示例的谐振腔的示意图。图12是根据示例的功率放大器的示意图。具体实施方式在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供多个实施方式的全面的理解。然而，本领域的普通技术人员将理解，可以无需具体细节实践多个实施方式。在其他实例中，为了不使具体实施方式模糊，没有详细示出或描述已知的方法、程序、组件以及电路。本专利技术提供了用于从N个激光盘的阵列创建单个多千瓦的、单横模、近衍射极限输出激光束的方法和装置。为了以单横模的方式提供多千瓦输出功率光束，需要使用其中从反馈镜的边缘提供的激光输出的非稳谐振腔。单模稳定谐振腔不能与较大直径(例如，1cm)的高功率盘一起使用，因为对于实际的稳定谐振腔的基本模式直径仅为1或2mm的直径。为了提供近衍射极限、单横模激光，激光盘被设置为与非稳谐振腔中的反射镜相关联，以此方式使得每个激光盘和反射镜组合起到1:1成像系统的作用。这还提供了输出至邻接的激光盘上的每个激光盘的完全成像。这提供了单横模谐振腔并且提供了有效的盘功率提取。为了实现这个，布置激光盘与反射镜，使得每个球面镜表面均被定位在相应的激光盘和反射镜像面中，相应的激光盘和反射镜像面对于它们沿着光轴的放置的范围的选择的图像距离而交替隔开。如以下进一步详细地描述，每个激光盘反射镜组合提供了1:1的成像系统。为了教导在光学谐振腔内放置成像系统所涉及的原理，首先参考图1至10。图1示出了具有相同的正透镜L1与L2的1:1成像系统20。透镜均具有焦距f并且如被放置在光轴22上，它们具有共同的焦点F2。1:1成像系统20利用统一的放大倍率对所有物体进行成像，因此物体平面F1中的具有复振幅u(x，y)的电磁场24a、24b被系统20简单中继至具有复振幅u(-x，-y)的像面F3。中继本质上为零光学距离传播和180度旋转。1:1成像系统20的物理长度是4f，但是其光学长度是零。图2示出任意的双镜谐振腔26，该双镜谐振腔26被示出具有间隔L的凹端镜(concaveendmirror)M1和M2。如图3中所示，谐振腔26可以被放置于成像系统20的光轴22上。在图4中，反射镜M1然后向左移动4f的距离至重新定位的图像位置27，其向光学谐振腔26提供有嵌入内部的1:1成像系统20，以形成成像光学谐振腔28。该成像光学谐振腔28与谐振腔26(图2)在裸腔性能(barecavityperformance)方面基本上相同，然而在硬件上不同。即，如作为裸腔特征值的大小，在反射镜M1和M2上的裸腔场(barecavityfield)对于谐振腔26和成像谐振腔28实质上相同。1:1成像系统20的插入没有改变谐振腔的输出激光束的本质特征。如果谐振腔26(图2)被设计用于期望的谐振腔性能，例如，良好的横模辨别力，成像谐振腔28将拥有这些相同的期望的特性。为了获得该性能，必须肯定透镜L1与L2在内腔光束以传播的方式通过1:1成像系统时没有显著的孔径(aperture)。因此，用于在任何谐振腔内插入1:1成像系统的过程是在谐振腔的光轴上选择点。将所有的谐振腔光学元件移至该点的左边，并将它们向左移动4f的距离，然后将具有物理长度4f的1:1成像系统插入到所提供的空闲空间中。形成的成像谐振腔将拥有原始谐振腔的所有的裸腔性能属性。该过程可以通过空出等于N个4f的空间被延伸为创建具有N个层叠的1:1成像系统的成像谐振腔系统，并且形成的新的谐振腔将拥有原始的父谐振腔的裸腔性能属性。在图5和图6中示意地示出可以与本专利技术一起使用的两种类型的非稳谐振腔。图5是具有球面凸入的反馈镜(FB)32和球面凹入的主镜(PRI)34的正支(positivebranch)非稳谐振腔30。由反馈镜32反射的光36看起来是来自焦点F。光36在来自主镜34的反射上进行校准以产生围绕反馈镜32的校准的环形输出激光束38。反馈镜和主镜32、34共享共同的焦点F使得谐振腔30是共焦的非稳谐振本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非稳成像谐振腔(200)，包括：反馈镜(220)和主镜(222)，提供沿着所述反馈镜与所述主镜之间的光轴(202)传播的激光信号的非稳谐振腔振荡；多个第一激光盘(230a‑c)，设置在第一垂直平面(204)中；以及多个第二激光盘(230d‑f)，设置在与所述第一垂直平面(204)相对的第二垂直平面(206)中，其中，多个激光盘(230a‑f)被设置在中央水平面(210)中；以及多个第一反射镜(240e‑h)，设置在所述第一垂直平面(204)中；以及多个第二反射镜(240a‑d)，设置在所述第二垂直平面(206)中，其中，第一组反射镜(240b、240d、240e、240g)被设置在下水平面(208)中并且第二组反射镜(240a、240c、240f、240h)被设置在上水平面(212)中；其中，在所述光轴中邻近的相应激光盘和反射镜被定位以在所述激光盘与所述反射镜之间设置1:1成像系统。

【技术特征摘要】
2013.10.17 US 14/056,5811.一种非稳成像谐振腔(200)，包括：反馈镜(220)和主镜(222)，提供沿着所述反馈镜与所述主镜之间的光轴(202)传播的激光信号的非稳谐振腔振荡；多个第一激光盘(230a-c)，设置在第一垂直平面(204)中；以及多个第二激光盘(230d-f)，设置在与所述第一垂直平面(204)相对的第二垂直平面(206)中，其中，所有多个第一激光盘和多个第二激光盘(230a-f)都被设置在中央水平面(210)中；以及多个第一反射镜(240e-h)，设置在所述第一垂直平面(204)中；以及多个第二反射镜(240a-d)，设置在所述第二垂直平面(206)中，其中，所述多个第一反射镜(240e-h)和所述多个第二反射镜(240a-d)中的第一组反射镜(240b、240d、240e、240g)被设置在下水平面(208)中并且所述多个第一反射镜(240e-h)和所述多个第二反射镜(240a-d)中的第二组反射镜(240a、240c、240f、240h)被设置在上水平面(212)中；其中，在所述光轴中邻近的相应激光盘和反射镜被定位以在所述激光盘与所述反射镜之间设置1:1成像系统，其中，所述第一垂直平面(204)被设置在所述多个第二激光盘(230d-f)和所述多个第二反射镜(240a-d)的像面中；并且所述第二垂直平面(206)被设置在所述多个第一激光盘(230a-c)和所述多个第一反射镜(240e-h)的像面中。2.根据权利要求1所述的非稳成像谐振腔(200)，其中，所述反馈镜(220)被设置在所述第一垂直平面(204)中；所述主镜(222)被设置在所述第二垂直平面(206)中；以及所述反馈镜和所述主镜被设置在所述中央水平面(210)中。3.根据权利要求1所述的非稳成像谐振腔(200)，其中，所述多个第一激光盘(230a-c)包括具有第一曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·C·凯茨，马修·H·贝克曼，马修·D·尼克松，
申请(专利权)人：波音公司，
类型：发明
国别省市：美国;US