一种CO2激光器的非稳腔选支输出方法技术

本发明专利技术一种CO2激光器的非稳腔选支输出方法，属于高能CO2 激光技术领域。该方法是利用镀膜技术对两个球面反射镜分别进行不 同特性曲线的镀膜，激光在由这2个球面反射镜构成的虚焦正分支非 稳腔中振荡放大竞争输出时，1个球面反射镜抑制住了中心波长 9.6μm激光的振荡放大，另1个球面反射镜抑制住了中心波长10.6μm 激光的振荡放大，从而实现了只输出中心波长9.3μm的激光；本发明专利技术 的突出特点是：该方法切实可行，效果良好。能够获得接近衍射极限 的高质量准基模输出光束，输出较大能量的激光束，提供能量分布更 加均匀的光束。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种co2激光器光学谐振腔选支输出技术方法，特别涉及采用非稳腔结构只输出中心波长9.3pm高能激光的反射镜镀膜方法。
技术介绍
C02激光按能级跃迁辐射原理分为4支谱线IOP、 IOR、 9P、 9R，对应的中心波长分别为10.6 um、 10.3 um、 9.6 um、 9.3 P m。每支谱线中包含有很多条谱线，所有谱线中最强的是两条 一条波长为10.6pm，另一条波长为9.6pm。对于没有采取任何波长选支技术的C02激光器，光学谐振腔中的激光是处于一种自由竞争的振荡模式，由于10.6pm的增益最大，竞争的结果是激光振荡输出的中心波长为10.6pm。这样，在激光器研究中追求输出最高功率指标时，其发射激光的中心波长就只能是10.6pm，如果进行其它波段选支发射，其输出功率就会有不同程度的相对减小。激光器光学谐振腔有稳定腔、非稳腔和临界腔三种结构型式。高功率C02激光器通常采用平一凹稳定腔(凹面镜为铜质镀金膜全反射镜，平面镜为硒化锌镀介质膜部分反射镜即为激光输出窗口)，这种腔型的好处是输出功率高，有一定的抗失谐能力，缺点是光束发散角大，光束质量较差。为同时获得高光束质量、小发散角和较大能量的激光，需要采用非稳腔结构。其输出的突出特点是能够获得接近衍射极限的高质量准基模输出光束，能够输出较大能量的激光束，能够提供能量分布更加均匀的光束。光学非稳腔有多种腔型，如共焦腔、平凸腔、对称腔等。在高能激光系统中， 一般采用虚焦正分支非稳腔作为激光器的谐振腔，由一个大铜质凹球面反射镜和一个小铜质凸球面反射镜组成光学谐振腔，激光输出窗口采用ZnSe全透输出镜(见图1)，该窗口同时起到密封工作气体的作用。这是一种虚共焦望远镜型非稳腔，虚共焦点在谐振腔外。其传播原理是由焦点发出的轴球面波行进到大凹面全反镜反射后成为平行于光轴的平面波，该平面波行进到小凸面全反镜反射后，又成为相当于由焦点发出的球面波，这是虚共焦腔的突出优点，可获得平面波输出。激光振荡只在凹、凸球面反射镜间进行，2个球面反射镜的反射率越高，激光输出的能量越大，输出窗口为全透镜，不参与激光振荡。激光沿小凸面反射镜边缘输出，形成一个中空的环形光斑。
技术实现思路
本专利技术提供出一种采用虚焦正分支非稳腔结构实现只输出中心波长9.3pm激光的选支输出方法。在试验研究中，非稳腔的两个铜质凹、凸球面反射镜表面镀的是对红外光谱具有高反射率的金膜，这样，激光以自由竞争的振荡模式输出的中心波长为10.6pm。如果要想实现只输出中心波长9.3um的高能激光，按照激光振荡放大竞争原理，需要对非稳腔两个球面反射镜中的1个或2个镀特种介质膜，使其对9.3pm的反射率越高越好，同时还要使其对9.3(im的反射率甚高于对9.6pm和10.6|im的反射率，抑制后两支谱线在光学谐振腔中的振荡放大，使9.3pm在振荡竞争中取得绝对优势。以往在C02激光器平一凹稳定腔采用输出窗口镀膜选支技术的研究表明，输出窗口镀膜对C02激光谱线的不同反射率获得输出不同中心波长激光的实验结果是:对C02激光全谱线反射率相近时(5个百分点以内)只输出中心波长10.6pm激光；对9.3pm和9.6pm反射率相近并高于对10.6pm反射率20个百分点以上时只输出中心波长9.6jim激光；对9.3|am的反射率高于对9.6pm反射率25个百分点以上、高于对10.6pm反射率35个百分点以上时，才能实现只输出中心波长9.3pm的激光。实验结果说明，若要在非稳腔结构中达到只输出中心波长9.3nm的激光，其组成光学谐振腔的2个球面反射镜中任1个或2个的镀膜特性(2个反射镜都镀膜后，激光谱线在2个反射镜间振荡往返一次的反射率累积值为2个反射率的乘积)，必须满足激光谱线在2个反射镜间振荡往返一次时对9.3(im的反射率高于对9.6pm反射率25个百分点以上、高于对10.6pm反射率35个百分点以上这个条件。然而在按上述思路进行研究中，现有的镀膜技术在铜质反射镜上镀介质膜时，在保证对9.3pm具有高反射率(大于97%)时只能做到图2所示的反射率曲线，其中，对9 m的反射率约为98%，对9.6pm的反射率约为96.5%，对10.6pm的反射率约为83.7%。将非稳腔两个球面反射镜中的任1个或2个都按图2的反射率曲线镀膜，并分别进行试验，得到的是可预想到的相同结果只输出了中心波长9.6pm的激光，抑制住了中心波长10.6pm的激光，没有获得中心波长9.3pm的激光。本专利技术一种C02激光器的非稳腔选支输出方案是结合现有镀膜技术对两个球面反射镜分别进行不同特性曲线的镀膜，在保证对9.3pm波长都具有高反射率条件下，使一个球面反射镜对9.6pm波长的反射率比对9.3^11波长的反射率低25个百分点以上，不控制对10.6nm波长的反射率大小；另一个球面反射镜对10.6pm波长的反射率比对9.3pm波长的反射率低35个百分点以上，不控制对9.6pm波长的反射率大小。采用本专利技术镀膜方案对非稳腔2个球面反射镜进行镀膜，激光在2个球面反射镜间振荡放大竞争输出时，对9.6pm波长反射率最低的球面反射镜能够抑制中心波长9.6pm激光输出，对10.6pm波长反射率最低的球面反射镜能够抑制中心波长10.6pm激光输出，从而实现只输出中心波长9.3pm激光。本专利技术的突出特点是提供一种采用虚焦正分支非稳腔结构实现只输出中心波长9.3^im激光的选支输出方法。该方法切实可行，效果良好。能够获得接近衍射极限的高质量准基模输出光束，能够输出较大能量的激光束，提供能量分布更加均匀的光束。附图说明图1是
技术介绍
中的虚焦正分支非稳腔结构示意图。图中大凹球面反射镜l，小凸球面反射镜2，全透输出镜即激光输出窗口3。图2是
技术介绍
中按对9.3pm、 9.6|im、 10.6pm波长反射率递减、且对9.3pm波长反射率最高的一种非稳腔球面反射镜的镀膜反射率曲线。图3是本专利技术中抑制中心波长9.6pm激光输出的非稳腔2个球面 反射镜之一的镀膜反射率曲线。图4是本专利技术中抑制中心波长10.6pm激光输出的非稳腔2个球 面反射镜之一的镀膜反射率曲线。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。 图3、图4是现有镀膜技术能够实现的在铜质反射镜上镀介质膜 所形成的反射率曲线。在图3中，对9.3pm的反射率约为97%,对 9.6|am的反射率约为20%，对10.6pm的反射率约为99%。在图4中， 对9.3pm的反射率约为99%,对9.6|im的反射率约为99%，对10.6nm 的反射率约为20%。非稳腔2个球面反射镜中的1个或2个如果按图 3镀膜，激光输出的中心波长必然会是10.6)im;如果按图4镀膜， 激光输出的中心波长必然会是9.6pm。在研究中，如按原有设计思路 即对9.3nm的反射率越高越好、且对9.3pm的反射率甚高于对9.6|im 和10.6pm的反射率，图3和图4的镀膜反射率曲线都是不可采用的。 而本专利技术对非稳腔2个球面反射镜的镀膜采取了这样的方案将1个 球面反射镜按图3镀膜，另1个球面反射镜按图4镀膜，激光在由这 2个球面反射镜构成的虚焦正分支非稳腔中振荡放大竞争输出时，1 个球面反射镜抑制住了中心波长9.6pm激光的振荡放大，另1个球面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＣＯ↓［２］激光器的非稳腔选支输出方法，其特征在于该方法是利用镀膜技术对两个球面反射镜分别进行不同特性曲线的镀膜，激光在由这２个球面反射镜构成的虚焦正分支非稳腔中振荡放大竞争输出时，１个球面反射镜抑制住了中心波长９．６μｍ激光的振荡放大，另１个球面反射镜抑制住了中心波长１０．６μｍ激光的振荡放大，从而实现了只输出中心波长９．３μｍ的激光；　在保证对９．３μｍ波长都具有高反射率条件下，使一个球面反射镜对９．６μｍ波长的反射率比对９．３μｍ波长的反射率低２５个百分点以上，不控制对１０．６μｍ波长的反射率大小；　另一个球面反射镜对１０．６μｍ波长的反射率比对９．３μｍ波长的反射率低３５个百分点以上，不控制对９．６μｍ波长的反射率大小。

【技术特征摘要】
1、一种CO2激光器的非稳腔选支输出方法，其特征在于该方法是利用镀膜技术对两个球面反射镜分别进行不同特性曲线的镀膜，激光在由这2个球面反射镜构成的虚焦正分支非稳腔中振荡放大竞争输出时，1个球面反射镜抑制住了中心波长9.6μm激光的振荡放大，另1个球面反射镜抑制住了中心波长10.6μm激光的振荡放大，从而实现了只输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵春雷，郭劲，杨贵龙，初国强，
申请(专利权)人：邵春雷，郭劲，杨贵龙，初国强，
类型：发明
国别省市：82