專利名稱：腔內(nèi)帶有相位片高光束質(zhì)量的激光器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種激光器，特別是涉及腔內(nèi)帶有相位片的高光束質(zhì)量的激光器。
各類激光器，包括氣體激光器，固體激光器，半導體激光器等已廣泛地應用于軍事，民用和科學研究等領域，從目前來說，激光器所產(chǎn)生的光束質(zhì)量比其它光源所產(chǎn)生光束質(zhì)量好，但由于激光模式多數(shù)是多模，即使是基模，其能量分布也是按高斯曲線分布。光束中心光強并不懸殊地高于邊側光強，發(fā)散角較大，光束質(zhì)量不夠理想，影響了器件在各領域中的進一步應用，多年來人們?yōu)楦纳萍す馐|(zhì)量做過不少努力，如采用“小孔光闌”限模法，“聚焦光闌”選模法等，但其結果并不十分理想。中國專利ZL94205955.7公開了一種《高亮度超衍射極限光束產(chǎn)生器》，該光束產(chǎn)生器由光源和一塊鍍介質(zhì)膜的相位片構成，根據(jù)光的相干疊加原理，可得到比基模高斯光束質(zhì)量更好的光束，但是該光束產(chǎn)生器將相位片放在腔外，實用性不強，放在腔內(nèi)，該專利受到相位片放置位置的限制，該相位片的中心相位改變區(qū)厚度的精度要求高，沒有修正值，加工困難，且只有鍍膜一種方式，制作適用范圍受到限制。
本發(fā)明目的是改進94205955.7專利的存在問題，提供一種實用性強的，加工方便的，適用范圍廣的高光束質(zhì)量激光器。
本發(fā)明提供的腔內(nèi)帶有相位片高質(zhì)量光束激光器，是在激光器光學諧振腔內(nèi)，沿光軸任意位置設置一個或多個透明的或反射相位片，所述相位片中心有相位改變區(qū)，其厚度滿足d＝±(2n＋1)λ/2±δ，式中d為相位改變區(qū)光學厚度，當d為正值時，表示相位改變區(qū)凸出，當d為負值時，表示相位改變區(qū)凹進；λ為相應激光器工作波長；δ為修正值，取值范圍由相位片在光軸所處的位置及制做相位片所用材料的光學性質(zhì)來確定，所述相位改變區(qū)的幾何尺寸大小，應小于相位片所在位置處基模的光斑尺寸，所述相位改變區(qū)的幾何形狀可根據(jù)激光器類型而定，可為圓形、橢形、方形、矩形、圓環(huán)形、方框形等各種形狀。所述相位改變區(qū)根據(jù)不同激光器要求可采用將透射光譜或反射光譜滿足相應激光波長的介質(zhì)材料或金屬材料套鍍、光刻、離子刻、沉積、腐蝕、直接金加工等方法中的一種或多種結合制作在相位片上。
本發(fā)明提供的激光器，是根據(jù)比較完整的衍射原理，相干疊加原理和腔內(nèi)模式競爭原理，抑制高價模振蕩，使輸出的光束質(zhì)量比高斯光束更好，獲得超高質(zhì)量光束。由于在腔內(nèi)設置相位片，能保持原激光器的體積，重量和外形，相位改變區(qū)有修正厚度，加工可根據(jù)需要采用不同的方式，具有制作方便，適應性強的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明激光器的結構示意2為固體激光器相位片在棒端位置3為半導體激光器相位片在PN結上的示意圖。
以下結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細描述實施例1，參見附圖1，本實施例提供的腔內(nèi)帶有相位片的高光束質(zhì)量的激光器為氣體激光器，相位片3置于激光腔體2內(nèi)光軸位置上，較佳的位置是在全反鏡1上，相位片3上有相位改變區(qū)4，相位改變區(qū)4的厚度滿足上述d＝±(2n＋1)λ/2±δ公式，λ可為氦氖(He-Cd)激光器，氬離子激光器(Ay+)，氦鎘激光器(He-Cd)，二氧化碳(CO2)激光器等一種激光器的工作波長，相位片3可采用光學玻璃，石英或金屬等為材料，相位改變區(qū)4為圓形，其直徑應小于相位片所在位置光斑的直徑。當相位片3的位置與反鏡1重合時，相位改變區(qū)4可采用鍍膜方法或直接金加工方法做在全反鏡1的中心，鍍膜選用的金屬或介質(zhì)材料的反射光譜或透射光譜峰值應符合相應激光振蕩波長，本實施例鍍膜方法可采用套鍍介質(zhì)膜再鍍金屬；套鍍介質(zhì)膜或金屬膜再鍍多層介質(zhì)膜或直接用元氧銅精車等方法制備。5為激光器外殼，6為輸出鏡。本實施例提供的激光器產(chǎn)生激光束的質(zhì)量其中心光強可超過高斯光束強度的2—4倍，光束發(fā)散角可以小到原發(fā)散角的1/2～1/4的超高質(zhì)量光束。
實施例2，參見附圖2，當激光器為固體激光器時，如YAG激光器，相位片3的位置可在激光棒7的棒端的位置8，相位改變區(qū)4可直接光刻或鍍在一個或二個棒端。
實施例3，參見附圖3，當激光器為半導體激光器時，相位片3在PN結上，9為半導體激光器的P區(qū)，11為半導體激光器的N區(qū)，10為半導體激光器的結區(qū)，相位改變區(qū)4直接做在結區(qū)10的端面。
權利要求
1.一種腔內(nèi)帶有相位片高光束質(zhì)量的激光器，由在激光腔體(2)內(nèi)，沿光軸位置設置的透射式或反射式相位片(3)和外殼(5)構成，其特征是所述相位片(3)中心有相位改變區(qū)(4)，所述相位改變區(qū)(4)的厚度滿足d＝±(2n＋1)λ/2±δ，式中d為光學厚度，+d表示凸出，-d表示凹進，λ為相應激光器工作波長，δ為修正值，取值范圍由相位片所處的位置及相位片所用材料的光學性質(zhì)確定，所述相位改變區(qū)(4)的幾何尺寸小于所在位置處的基模的光斑尺寸，所述相位改變區(qū)(4)的幾何形狀可為圓形、橢形、方形、矩形、圓環(huán)形、方框形，各不同形狀。
2.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征是所述激光器為氣體激光器時，相位片(3)位置在全反鏡(1)處，與全反鏡重合。
3.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征是所述激光器為固體激光器時，相位片(3)位置在棒端上，與棒端(8)重合。
4.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征是所述激光器為半導體激光器時，相位片(3)的位置在PN結結區(qū)(10)的端面上。
5.根據(jù)權利要求1所述的激光器，其特征是所述相位片(3)的相位改變區(qū)(4)所用材料為透射或反射光譜峰值滿足相應激光波長的介質(zhì)材料或金屬材料。
6.權利要求1所述激光器相位片相位改變區(qū)(4)的制作方法，可采用套鍍、光刻、離子刻、沉積、腐蝕、直接金加工的一種方法或幾種方法結合制備而成。
7.根據(jù)權利要求6所述激光器相位改變區(qū)(4)的制作方法，其特征是采用套鍍介質(zhì)膜的方法制備。
8.根據(jù)權利要求6所述激光器相位改變區(qū)(4)的制作方法，其特征是用套鍍介質(zhì)膜后再鍍金屬的方法制備。
全文摘要
腔內(nèi)帶有相位片的高光束質(zhì)量激光器，由在激光腔內(nèi)沿光軸位置設置一個或多個透射式或反射式相位片構成，相位片上有相位改變區(qū)，其厚度滿足d＝±(2n+1)λ/2+δ公式，式中λ為相應激光器工作波長，n＝0，1，2，…，δ為厚度修正值，可采用鍍膜，直接精金加工等方法制在相位片上。該激光器可獲超過高斯光束質(zhì)量的光束，適合各種類型的現(xiàn)有激光器。
文檔編號H01S3/10GK1131351SQ95102610
公開日1996年9月18日 申請日期1995年3月14日 優(yōu)先權日1995年3月14日
發(fā)明者王紹民, 潘承志, 陸璇輝, 于世彭, 林強, 趙世英 申請人:杭州大學, 電子工業(yè)部第十二研究所