專利名稱：激光束模式控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及激光束和諧振腔，特別是一種激光束模式控制裝置。
背景技術：
隨著現(xiàn)在工業(yè)、軍事、通訊等領域對激光束要求的提高，即要求激光束功率增加的同時還要保證好的光束質量。但是通常激光器的功率提高時，輸出光束的模式增多，光束質量下降。利用激光束的模式控制技術是解決這些高要求的有效途徑，尤其是外腔模式控制技術能夠獲得高質量的輸出。現(xiàn)有技術中，通常采用多個激光器相干組束或采用外腔與光柵、濾波器等元件結合的技術達到提高光束質量的目的，所用光學元件較多比較難于實現(xiàn)，對輸入多根激光束的位置也有嚴格要求，參見在先技術[Opt.Lett.，2005，Vol.30(12)，1485-1487；Opt.Lett.，1993，Vol.18(18)，1520-1522]，以上兩種外腔的方法能將光纖陣列的輸出激光進行相干耦合提高輸出光束質量，但所用光學元件多，多路光束操作，光路調節(jié)要求很高，每個光學元件之間的距離和輸入光束之間的距離也需要嚴格控制，整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性也不高，實現(xiàn)起來較困難，另由于光束在諧振腔中往返時多次經過各個元件的表面，光能損失較大。

發(fā)明內容
本實用新型的目的在于克服上述在先技術的不足，提供一種激光束模式控制裝置，以簡化結構，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和光束質量；克服使用濾波器和光柵的元件的限制，不用多路光束進行相干組合。
本實用新型的技術解決方案如下一種激光束模式控制裝置，包括激光器，其特征是在所述的激光器的輸出光束方向同光軸地置放一平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面與所述的激光器的輸出端面相對，該平凸透鏡的平面與所述的激光器的輸出端面之間的距離等于所述的平凸透鏡的焦距，所述的平凸透鏡的凸面鍍對工作波長匹配的增透膜，該平凸透鏡的平面中心處一定半徑的圓面內鍍對激光工作波長具有一定反射率的半透膜。
所述的半透膜對工作波長的反射率為20％～90％。保證只有低階模式的激光束在復合腔內振蕩獲得高質量的激光束輸出。
所述的平凸透鏡的平面中心鍍半透膜的面積小于由所述的激光器輸出的激光束直接投射到所述的平凸透鏡上的光斑面積。
所述的激光器輸出的激光束投射到所述的平凸透鏡上，由于半透膜的作用，只有靠近光軸中心附近的低階模式的激光得到反射形成反饋，在激光腔和耦合腔中，也就只有低階模式的激光形成振蕩最后輸出。該系統(tǒng)對光束的模式進行控制，輸出光束的質量得到提高。
本實用新型與在先技術相比有很多明顯的優(yōu)點，單光束操作，結構簡單，光路不復雜，便于調節(jié)，不需要在先技術中多個光學元件，也不需要對多激光束之間的相對位置和排列方式有嚴格的要求。本實用新型適用于多種激光器，包括固體激光器、氣體激光器和光纖激光器等等。
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步的說明。


圖1為本實用新型激光束模式控制裝置結構示意圖。
具體實施方式
先請參閱圖1，圖1為本實用新型激光束模式控制裝置的結構示意圖。由圖可見，本實用新型激光束模式控制裝置，由激光器1和平凸透鏡2組成，該平凸透鏡2與激光器1輸出光束同軸放置，其特征在于所述的平凸透鏡2與激光器1的距離與平凸透鏡2的焦距相等；所述的平凸透鏡2的凸面鍍有與工作波長相匹配的增透膜22，平凸透鏡2平面的中心處的一定半徑的小圓面內鍍具有與工作波長一定反射率的半透膜21，半透膜21對工作波長的反射率可在20％-90％之間，中心鍍半透膜21的一定半徑的小圓面的面積必須小于激光束直接輸出投射到平凸透鏡2上的光斑面積，這樣，該半透膜21與激光器1的輸出端面構成一耦合腔。該裝置的工作原理是，激光器1的輸出光束3投射到平凸透鏡2上被準直，然后由于半透膜21的反射作用，使得靠近光軸中心的低階模式4得到反射，形成反饋再次進入激光器1中，而離光軸較遠的高階模式未反饋。在激光器1和耦合腔中只有低階模式形成振蕩，最終獲得高質量激光光束5輸出。
下面是兩個具體的實施例實施例1對一個二極管泵浦源的Nd:YVO4固體激光器實現(xiàn)模式控制，所用泵浦源為810nm的二極管陣列激光器，Nd:YVO4晶體長1mm，Nd:YVO4晶體的一端鍍1064nm高反膜和810nm高透的雙色膜作為激光器1泵浦光的輸入端，另一端鍍對1064nm波長激光半透膜21作為激光器的輸出端，反射率為15％。我們所用的平凸透鏡2的直徑為30mm，焦距150mm，凸面鍍1064nm的增透膜，平凸透鏡平面中心處半徑為0.5mm的小圓面鍍對1064nm反射率為80％的半透膜21。保證只有低階模式的激光束4在復合腔內振蕩獲得高質量的激光輸出5。所述的中心鍍半透膜21的一定半徑的小圓面的面積必須小于激光器1直接輸出激光束3投射到平凸透鏡2上的光斑面積。將此平凸透鏡2的平面距激光器輸出端150mm處并與輸出光束同軸設置。系統(tǒng)最終輸出1064nm的近衍射極限的光束，光束的質量因子M2等于1.03，我們同時測量了沒有采用平凸透鏡進行模式控制時的激光器輸出光束的質量因子M2＝1.5，由此證明采用特殊平凸透鏡進行模式控制是有效的，光束質量得到提高。
實施例2對一個光纖激光器1實現(xiàn)模式控制，所用的泵浦光源是波長為975nm的二極管陣列激光器，所用的光纖是內包層為D形，內包層長短軸尺寸為450μm/400μm，內包層數(shù)值孔徑NA＝0.37，摻Yb纖芯直徑30μm，纖芯數(shù)值孔徑NA＝0.16，光纖長度18.2m。光纖的一端放置一雙色片作為激光器的泵浦光輸入端，該雙色片對975nm高透同時對1080nm高反射，光纖的另一端磨平具有4％的菲涅耳反射率作為激光器的輸出端。我們采用的平凸透鏡2的直徑為30mm，焦距為30mm，凸面鍍1080nm的增透膜，平面中心處分別鍍半徑為0.5mm，1mm和1.5mm的對1080nm的反射率為80％的半透膜。工作原理與實例1相同，我們采用平凸透鏡平面處鍍半徑0.5mm的半透膜時，系統(tǒng)輸出光束質量因子M2＝1.3，對應于半透膜半徑為1mm和1.5mm時光束質量因子分別為M2＝1.7和M2＝2.1。但是不采用特殊平凸透鏡進行模式控制，光纖激光器輸出光束質量因子M2＝2.7，由此可見隨著半透膜面積的減小，系統(tǒng)輸出光束質量逐漸提高，達到模式控制的目的。如果選擇合適的參數(shù)，獲得單模輸出是完全有可能的。
由以上實驗表明，本實用新型不僅提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和光束質量，而且結構簡單，易調整，克服了現(xiàn)有技術結構復雜難調整的弊病。
權利要求1.一種激光束模式控制裝置，它包括激光器(1)，其特征是在所述的激光器(1)的輸出光束方向同光軸地置放一平凸透鏡(2)，該平凸透鏡(2)的凸面與所述的激光器的輸出端面相對，該平凸透鏡(2)的平面與所述的激光器(1)的輸出端面之間的距離等于所述的平凸透鏡(2)的焦距，所述的平凸透鏡(2)的凸面鍍對工作波長匹配的增透膜(22)，該平凸透鏡(2)的平面中心處一定半徑的圓面內鍍對激光工作波長具有一定反射率的半透膜(21)。
2.根據權利要求1所述的激光束模式控制裝置，其特征在于所述的半透膜(21)對工作波長的反射率為20％～90％。
3.根據權利要求1所述的激光束模式控制裝置，其特征在于所述的平凸透鏡(2)的平面中心鍍半透膜(21)的面積小于由所述的激光器(1)輸出的激光束直接投射到所述的平凸透鏡(2)上的光斑面積。
專利摘要一種激光束模式控制裝置，包括激光器，在所述的激光器的輸出光束方向同光軸地置放一平凸透鏡，該平凸透鏡的凸面與所述的激光器的輸出端面相對，該平凸透鏡的平面與所述的激光器的輸出端面之間的距離等于所述的平凸透鏡的焦距，所述的平凸透鏡的凸面鍍對工作波長匹配的增透膜，該平凸透鏡的平面中心處一定半徑的圓面內鍍對激光工作波長具有一定反射率的半透膜。本實用新型裝置不僅提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和光束質量，而且結構簡單，易調整，克服了現(xiàn)有技術結構復雜難調整的弊病。
文檔編號G02F1/35GK2932768SQ20062004473
公開日2007年8月8日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權日2006年8月11日
發(fā)明者鄭穎輝, 何兵, 曾志男 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所