專利名稱：徑向波激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的徑向波激光器是一種以徑向波受激振蕩為特征的新型射頻放電激勵的激光器。
已有技術(shù)中，自激光器問世以來，有效激光增益介質(zhì)基本上采用棒狀結(jié)構(gòu)，光學(xué)諧振腔設(shè)置在棒狀增益介質(zhì)的軸線上。當(dāng)增益介質(zhì)被泵浦激活時，產(chǎn)生的激光沿增益介質(zhì)的軸線縱向傳輸振蕩。不管是氣體激光器、液體激光器或是固體激光器大都如此。
最近發(fā)展起來的擴(kuò)散冷卻型橫向射頻激勵的板條狀二氧化碳?xì)怏w激光器提出面積放大結(jié)構(gòu)，已在770×95×2mm2的激活體積上取得1kW以上的激光功率(對比文獻(xiàn)[1]A.D.Colley，H.J.Boker and D.R.Hall，Appl.Phys.Lett.，1992，61(2)136)，具有很大的工業(yè)應(yīng)用潛力。但是此種激光器的增益介質(zhì)在垂直光軸的腔平面上的水平尺寸(95mm)和垂直尺寸(2mm)之比為47倍之多。如果采用全斑輸出，激光束的橫截面的寬高比也接近47倍，并且激光不是低階模工作，光束的均勻性、方向性及軸對稱性均較差，難以實(shí)用。就是采用二維曲率不同的全反射鏡不穩(wěn)定腔，由側(cè)面輸出激光，其光束截面的寬高比可以壓縮至12左右，光束的軸對稱性仍很差，必須用外部的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)提高激光束對稱性才能實(shí)用。而且這種結(jié)構(gòu)的機(jī)械和光學(xué)加工很困難，光學(xué)元件的質(zhì)量難以保證，調(diào)整和使用也很麻煩。為提高板條狀波導(dǎo)激光器激光輸出的空間均勻性，提高輸出光束的光學(xué)質(zhì)量和相干性，D.R.Hall等采用腔內(nèi)空間周期調(diào)制結(jié)構(gòu)[對比文獻(xiàn)[2]“Slab Waveguide Laser”，U.S.Pat 5,608,745 mar.4.1997]。這不僅增加了腔內(nèi)損耗而且無益于輸出激光對稱性的提高，對改善實(shí)用性無太大的好處。
為了提高射頻激發(fā)CO2激光器輸出光束的對稱性和減小光斑尺寸，E.F.Yelden等提出了徑向套疊的CO2激光器列陣系統(tǒng)[對比文獻(xiàn)[3]“symmetry enhancementand spot-size reduction through radial beam stacking in a multichannel CO2laserarray.E.F.Yelden，S.W.Scott，J.D.Strohschein，H.J.J.Seguin，C.E.Capjack and H.W.Reshef，IEEE J.Q.E.，1994，30(8)1868～1875]。這種結(jié)構(gòu)可以提高激光輸出光束的對稱性，但對激光的相位鎖定、相干性和光束質(zhì)量的提高不利，同時加工也很困難，不便實(shí)用。
可見板條狀激光器及其列陣系統(tǒng)各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是無法統(tǒng)一優(yōu)點(diǎn)，不能促進(jìn)實(shí)用。
本發(fā)明的目的就是提供一種既能有較高激光輸出功率、有較好相干性的低階模振蕩，又有均勻?qū)ΨQ的激光輸出光束的實(shí)用的激光器。本發(fā)明提出的徑向波激光器能確保在低階模上受激振蕩，因此具有良好的相干性和均勻性。其單基模工作的模體積可以比已有技術(shù)的棒狀結(jié)構(gòu)激光器的單基模體積提高兩個數(shù)量級，因此將有較高的單模激光輸出功率。并可以獲得良好的輸出光束的對稱性和方向性，將非常有利于實(shí)際應(yīng)用。
本發(fā)明的徑向波激光器結(jié)構(gòu)的軸平面剖視圖如圖1所示。它主要含有環(huán)形的射頻諧振腔1，置于射頻諧振腔1內(nèi)的激光工作物質(zhì)7，置于射頻諧振腔1內(nèi)有環(huán)形激光諧振腔主反射器2。由環(huán)形激光諧振腔主反射器2構(gòu)成徑向波激光諧振腔8，徑向波激光諧振腔8、環(huán)形的射頻諧振腔1和環(huán)形激光諧振腔主反射器2均共中心軸線(OO)，在環(huán)形的射頻諧振腔1中間是平面垂直于射頻諧振腔1的中心軸線OO相互平行的二個電容性圓形平板6，兩電容性圓形平板6之間是放電空間5，放電空間5與環(huán)形諧振腔主反射器2的徑向平面平行且對稱。
在兩電容性圓形平板6的中心位置，與環(huán)形激光諧振腔主反射器2同中心軸線OO地分別置有激光耦合反射器3和激光輸出耦合鏡4。
本發(fā)明所述的環(huán)形的射頻諧振腔1當(dāng)激光工作物質(zhì)7是氣體時，它可由金屬制成，材料可以是鋁、銅、金、銀或者是其它金屬材料制成之后在內(nèi)壁鍍銅、鍍金或鍍銀。此環(huán)形的射頻諧振腔1的壁可以是整塊金屬壁，也可以適量開孔或開縫以便利激光工作物質(zhì)7氣體的流動、冷卻和電學(xué)參量的調(diào)節(jié)。環(huán)形的射頻諧振腔1的外壁也可以和冷卻水管直接接觸，進(jìn)行有效的傳導(dǎo)擴(kuò)散冷卻。環(huán)形的射頻諧振腔1的幾何尺寸主要與選用的射頻工作頻率f0有關(guān)f0=12πL0C0----(1)]]>其中L0為電感量，C0為電容量，它們和環(huán)形的射頻諧振腔1的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。取一次近似有如下關(guān)系式L0=μ0H2πln(ab)----(2)]]>C0=ϵ0πb2d----(3)]]>其中a為環(huán)形的射頻諧振腔1的半徑，b為其電容性圓形平板6的半徑，H為環(huán)形的射頻諧振腔1的高度，d為放電空間5的高度，ε0為激光工作物質(zhì)7(氣體)的介電常數(shù)，μ0為磁導(dǎo)率常數(shù)。精確計算尚需計及電場和磁場的不均勻性修正。所用環(huán)形的射頻諧振腔1的選用頻率f0的范圍為10MHz≤f0≤3000MHz。相應(yīng)的放電空間5的高度d的取值范圍為0.3mm≤d≤30mm。
本發(fā)明所述的環(huán)形激光諧振腔主反射器2可以由金屬，陶瓷或玻璃等材料做成(圖1)，也可以在環(huán)形的射頻諧振腔1的內(nèi)壁上直接切削、打磨成形，內(nèi)表面拋光、鍍膜提高對相應(yīng)激光波長的反射率。環(huán)形激光諧振腔主反射器2的高度h必須大于放電空間5高度d，即h＞d，以減小衍射損耗。環(huán)形激光諧振腔主反射器2的徑向半徑R的取值范圍為b≤R≤a。其軸向剖面上的曲率半徑r的取值范圍為(a-b)≤r≤∞。
用環(huán)形激光諧振腔主反射器2構(gòu)成徑向波激光諧振腔8可以分為單鏡式(圖6)，雙鏡式(圖2)和多鏡式(圖1)。在低功率激光工作，低耦合輸出時可用單鏡式，即徑向波激光諧振腔8僅含有單獨(dú)一個環(huán)形激光諧振腔主反射器2(圖3)、(圖6)、(圖8)、(圖11)。此時激光輸出可以在環(huán)形激光諧振腔主反射器2上開小孔耦合，環(huán)形激光諧振腔主反射器2上部分透射耦合或用激光耦合反射器3小量進(jìn)入放電空間5進(jìn)行反射耦合。所謂雙鏡式徑向波激光諧振腔8就是含有環(huán)形激光諧振腔主反射器2和在環(huán)形激光諧振腔主反射器2的中心軸線(OO)區(qū)域，在激光耦合反射器3的外面同中心軸線OO設(shè)置一個圓筒形具有部分激光透過率的激光副反射器21(如圖2中的21)。使其產(chǎn)生的激光在環(huán)形激光諧振腔主反射器2和內(nèi)圓筒形激光副反射器21之間產(chǎn)生徑向波傳輸振蕩。此時激光束可以透過內(nèi)圓筒形激光副反射器21并由激光耦合反射器3反射輸出。所謂的多鏡式如圖4或圖5所示，徑向波激光諧振腔8內(nèi)含有環(huán)形激光諧振腔主反射器2，激光耦合反射器3及激光輸出耦合鏡4。此時激光耦合反射器3和激光輸出耦合鏡4配合形成一個等效的內(nèi)圓環(huán)形激光副反射器21。雙鏡式和多鏡式徑向波激光諧振腔8有利于高功率激光器場合。
本發(fā)明中所述的激光耦合反射器3是一個對所選用激光波長全反射的旋轉(zhuǎn)圓錐體。其母線可以是直線，或是拋物線或是雙曲線等。其制作材料可以是金屬、陶瓷、玻璃、晶體、半導(dǎo)體材料等等，表面拋光并鍍激光增反膜層。其旋轉(zhuǎn)圓錐體的頂角θ取值范圍45°θ≤135°。
本發(fā)明中所述的激光輸出耦合鏡4由相應(yīng)激光波長的透過材料如玻璃、石英、氯化鉀、硒化鋅、鍺及砷化鎵等材料制成。其結(jié)構(gòu)常用片狀平行平板形狀，也可根據(jù)激光輸出的特殊要求，配合激光耦合反射器3的面形制成球面或者是拋物面等特殊面形。通常內(nèi)表面鍍增反膜，外表面鍍增透膜。
本發(fā)明徑向波激光器的環(huán)形射頻諧振腔激勵系統(tǒng)中所述的環(huán)形的射頻諧振腔1激勵的徑向波氣體激光器和激勵射頻電源的聯(lián)接如圖3所示。其中射頻激勵電源9通過射頻同軸電纜10及射頻功率耦合環(huán)11與環(huán)形的射頻諧振腔1進(jìn)行電學(xué)聯(lián)接。在環(huán)形的射頻諧振腔1中注入適量的激光工作物質(zhì)7的氣體之后，起動射頻激勵電源7供給與環(huán)形的射頻諧振腔1的諧振頻率f0相接近的頻率的射頻功率，此時，在環(huán)形的射頻諧振腔1中產(chǎn)生射頻電磁振蕩。如果供給的射頻功率足夠高，在環(huán)形的射頻諧振腔的兩電容性圓形平板6之間的放電空間5中就產(chǎn)生大面積氣體輝光放電。這種大面積氣體輝光放電激發(fā)激光工作物質(zhì)7的氣體，使之造成激光工作氣體的粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，引起激光輻射。在徑向波激光諧振腔8的作用下，在環(huán)形激光諧振腔主反射器2包圍的空間中造成激光的徑向波振蕩。就可用激光耦合反射器3和激光輸出耦合反射鏡4耦合出適當(dāng)比例的激光功率。
本發(fā)明徑向波激光器其氣體激光器的環(huán)形射頻諧振腔激勵系統(tǒng)中所述的徑向波氣體激光器的激光工作物質(zhì)7的氣體是He-Ne，或是CO2-N2-He，或是CO-N2-He，或是Xe，或是Ar等等。
本發(fā)明徑向波激光器所述的環(huán)形的射頻諧振腔1軸向剖面結(jié)構(gòu)，不僅可以是H形的，如圖1，圖2，圖3?；蛘呤莕形的，如圖4，或者是雙圓形的如圖5。或者是多種結(jié)構(gòu)形狀的疊合形，以適應(yīng)高功率激光器的需要。
本發(fā)明所述的射頻諧振腔激勵的徑向波氣體激光器，主要利用射頻諧振腔共振激勵結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)激光的徑向波面積放大。這種徑向波振蕩放大的激光器結(jié)構(gòu)也可應(yīng)用于激光工作物質(zhì)7為固體、液體及半導(dǎo)體等各種激光器上?？梢允惯@些激光器更便于基模振蕩，并且能夠大大擴(kuò)展這些激光器基模激光振蕩的體積，因此能大大提高基模激光的輸出功率。
對于固體激光器或液體激光器或染料激光器大多采用光泵浦形式，包括氙燈泵浦、氪燈泵浦、太陽光泵浦以及半導(dǎo)體激光泵浦。因此可不用氣體激光器那樣的射頻諧振腔激勵系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)就可大為簡化。圖6，圖7，圖8和圖9畫出了以固體(或流體)激光器的幾種基本結(jié)構(gòu)形式。圖6是基本型徑向波固體激光器。其中2是環(huán)形激光諧振腔主反射器，激光工作(或液體)物質(zhì)7是固體、61是泵浦光，62是經(jīng)環(huán)形激光諧振腔主反射器2透射的徑向波激光束。圖7是具有熱聚焦修正曲面的徑向波激光器示意圖。其中環(huán)形激光諧振腔主反射器2是具有熱聚焦修正曲面的。圖7中21是在固體激光工作物質(zhì)7的軸向中心孔表面，徑拋光、鍍膜形成激光副反射器。圖8是由旋轉(zhuǎn)拋物面81和環(huán)形平面反射鏡82組成環(huán)形激光諧振腔主反射器2的，具有軸向環(huán)形激光束輸出的固體徑向波激光器結(jié)構(gòu)示意圖。其中環(huán)形激光諧振腔主反射器2是由固體激光工作物質(zhì)7的外圓呈旋轉(zhuǎn)拋物面81，上、下端面與軸線垂直，上平面上外圓平面拋光鍍增反膜層構(gòu)成環(huán)形平面反射鏡82所構(gòu)成。此類結(jié)構(gòu)有利抑制激光環(huán)形振蕩。
圖9是當(dāng)激光工作物質(zhì)7為固體時，它是由兩個圓錐形光學(xué)表面組成環(huán)形激光諧振腔主反射器2的徑向波固體激光器示意圖。圖中91為固體激光工作物質(zhì)7外圓上的上圓錐面，92為下圓錐面，這兩個圓錐面拋光上下對稱同軸配置，并且上下兩圓錐面的母線夾角為90°，構(gòu)成內(nèi)全反射棱鏡結(jié)構(gòu)，由此結(jié)構(gòu)組成環(huán)形激光諧振腔主反射器2。這種結(jié)構(gòu)可以省略鍍膜工藝。
對于徑向波半導(dǎo)體激光器，其結(jié)構(gòu)大致與徑向波固體激光器相似，所不同的是需要在激光工作物質(zhì)7旋轉(zhuǎn)軸的垂直平面上配置電極，如圖10，圖11所示。圖10為帶有泵浦電極101的激光工作物質(zhì)7為半導(dǎo)體的有軸向激光束62輸出的徑向波半導(dǎo)體激光器。其中101是泵浦電極，102是電極引線。圖11是激光工作物質(zhì)7為半導(dǎo)體的具有環(huán)形軸向激光束62輸出的徑向波半導(dǎo)體激光器結(jié)構(gòu)示意圖。此類徑向波半導(dǎo)體激光器的激光輸出光束62的軸對稱性比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要好得多。
本發(fā)明徑向波激光器具有的優(yōu)點(diǎn)是1.由于環(huán)形的射頻諧振腔1內(nèi)置有環(huán)形激光諧振腔主反射器2構(gòu)成徑向波激光諧振腔8，在激光工作物質(zhì)7內(nèi)形成向心會聚波束和離心發(fā)散波束兩種激光波的傳輸振蕩，因此，它所激勵的徑向波激光器有很大的單模工作的模體積，比已有技術(shù)軸向波激光器單模體積大二個數(shù)量級以上，因此可以大大提高激光的單模輸出功率，特別適宜制造高功率氣體激光器。
2.徑向波激光器有利于低階模激光運(yùn)轉(zhuǎn)，特別有利于基模運(yùn)轉(zhuǎn)，因此激光的相干性好，激光束輸出的軸向?qū)ΨQ好，光強(qiáng)分布的均勻性也好，有利實(shí)際應(yīng)用。
3.環(huán)形的射頻諧振腔1激勵的徑向波氣體激光器除輸出窗之外采用全金屬材料制造，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定牢固，可以真空硬封接，能長壽命運(yùn)轉(zhuǎn)，便于使用。
4.全金屬材料制成的環(huán)形的射頻諧振腔1激勵的徑向波氣體激光器可直接利用傳導(dǎo)擴(kuò)散冷卻結(jié)構(gòu)，提高熱交換效率，減小激光器的整體體積。
5.對于激光工作物質(zhì)7為氣體時可以全金屬制成的環(huán)形的射頻諧振腔激勵系統(tǒng)，屬射頻密封結(jié)構(gòu)，不會向空間輻射電磁波，不會引起電磁干擾。
6.環(huán)形的射頻諧振腔激勵的徑向波氣體激光器結(jié)構(gòu)，元件大部分采用軸對稱結(jié)構(gòu)形狀，加工相對容易，因此能大大降低制造成本，經(jīng)濟(jì)效益高。
7.環(huán)形的射頻諧振腔激勵的徑向波氣體激光器中的主要元件環(huán)形激光諧振腔主反射器2本身是一個整體，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不用調(diào)準(zhǔn)。只需對激光耦合反射器3少量調(diào)節(jié)即可，因此激光器整體結(jié)構(gòu)中要調(diào)節(jié)元件少，工作穩(wěn)定，使用方便。
8.本發(fā)明徑向波激光器的激光工作物質(zhì)7可以是氣體，或者是固體、或者是液體、或者是半導(dǎo)體等。也就是說，不僅有徑向波氣體激光器，還有徑向波固體激光器、徑向波液體激光器和徑向波半導(dǎo)體激光器等。本發(fā)明的徑向波激光器不僅將傳統(tǒng)激光器由棒狀改變成圓盤狀，大大縮小空間結(jié)構(gòu)體積，提高了穩(wěn)定性，而更重要的是可以大大提高此類激光器單模工作的激光模體積(～102)，因此也能大大提高此類激光器的激光單模輸出功率。全面改善激光器的性能。


圖1.為本發(fā)明的當(dāng)激光工作物質(zhì)7是氣體時，徑向波(氣體)激光器結(jié)構(gòu)的軸平面剖視示意圖。
圖2.為環(huán)形激光諧振腔主反射器2直接成形在環(huán)形的射頻諧振腔1內(nèi)壁上，并帶有激光副反射器21的徑向波氣體激光器示意圖。
圖3.為徑向波氣體激光器和射頻激勵電源的聯(lián)接示意圖。
圖4.軸向剖面結(jié)構(gòu)為n形的環(huán)形的射頻諧振腔1的徑向波氣體激光器示意圖。
圖5.軸向剖面結(jié)構(gòu)為雙圓環(huán)形的環(huán)形的射頻諧振腔1結(jié)構(gòu)的徑向波氣體激光器示意圖。
圖6.基本型徑向波固體激光器示意圖。
圖7.具有熱聚焦修正曲面的雙鏡式徑向波固體激光器示意圖。
圖8.由旋轉(zhuǎn)拋物面81和環(huán)形平面反射鏡82組成環(huán)形激光諧振腔主反射器2的徑向波固體激光器示意圖。
圖9.由兩個圓錐面91、92組成內(nèi)全反射棱鏡結(jié)構(gòu)的環(huán)形激光諧振腔主反射器2的徑向波固體激光器示意圖。
圖10.帶泵浦電極102的具有軸上激光束輸出的徑向波半導(dǎo)體激光器示意圖。
圖11.具有環(huán)形軸向激光束輸出的徑向波半導(dǎo)體激光器示意圖。
實(shí)施例本發(fā)明徑向波激光器以激光工作物質(zhì)7為氣體CO2的徑向波CO2激光器為實(shí)施例，結(jié)合圖2和圖3進(jìn)一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)。
為了敘述簡單起見采用H型上下對稱的環(huán)形的射頻諧振腔1激勵的徑向波CO2激光器(如圖2)為例給出具體結(jié)構(gòu)說明。圖2中的環(huán)形的射頻諧振腔1采用鍛打的紫銅(最好是無氧銅)制成，其環(huán)形的射頻諧振腔1的內(nèi)徑2a＝975mm，環(huán)形的射頻諧振腔1的高度H＝195mm，二個電容性圓形平板6的直徑2b＝585mm，兩電容性圓形平板6之間的放電空間5的高度d＝6mm。放電空間5和環(huán)形的射頻諧振腔1內(nèi)充有的激光工作物質(zhì)7為氣體，為了簡化結(jié)構(gòu)，將環(huán)形激光諧振腔主反射器2直接成形在環(huán)形的射頻諧振腔1的內(nèi)壁中間位置上，因此，環(huán)形激光諧振腔主反射器2與環(huán)形的激光諧振腔1是同軸的。環(huán)形激光諧振腔主反射器2經(jīng)切削、打磨、拋光、鍍膜(鍍金)使其對10.6μm激光光波的反射率大于98％，當(dāng)然，此時環(huán)形激光諧振腔主反射器2的徑向半徑R接近于環(huán)形的激光諧振腔1半徑a，R≈a＝487.5mm，軸向高度h＝2d＝12mm，軸向剖面上的圓弧曲率半徑r，取r≈2R≈2a＝975mm。
激光耦合反射器3用硅晶體材料制成。圓錐形的激光耦合反射器3的頂角θ＝90°，底部直徑為30mm，圓錐面拋光鍍金膜層，使對10.6μm的激光束反射率大于98％，精確安裝在環(huán)形激光諧振腔主反射器2的中心軸線OO上，使它們兩者的中心軸線(OO)重合。調(diào)節(jié)激光耦合反射器3的錐體深入二電容性圓形平板6之間的放電空間5的程度即可調(diào)節(jié)激光輸出的耦合量。
激光輸出耦合鏡4為硒化鋅材料做成的直徑40mm的平行平板，外表面鍍10.6μm激光波長的增透膜，內(nèi)表面鍍10.6μm激光波長的增反膜。與激光耦合反射器3相對稱，同軸地分別安裝在兩電容性圓形平板6的中心位置上，均居放電空間5軸向的上下兩邊。(并使反射面的法線和環(huán)形激光諧振腔主反射器2的軸線平行)將上述各元件安裝、調(diào)準(zhǔn)、定位之后整體密封，金屬腔體外面加有冷卻。此后將環(huán)形的射頻諧振腔1中的空氣用真空泵排氣，當(dāng)真空度達(dá)到0.1帕以下而且整體不漏氣時，充入1∶2∶7的CO2∶N2∶He的氣體混合物3000～4000帕。
做好以上準(zhǔn)備工作后，就可開啟射頻激勵電源9。本實(shí)施例中要求射頻激勵電源9的激勵頻率為54MHz左右。射頻激勵電源9的輸出功率經(jīng)射頻同軸電纜10和射頻功率耦合環(huán)11傳輸給環(huán)形的射頻諧振腔1。此時在環(huán)形的射頻諧振腔1中激發(fā)起54MHz的電磁振蕩，在兩電容性圓形平板6之間放電空間5內(nèi)產(chǎn)生54MHz的交變電場。當(dāng)輸入的射頻功率超過放電空間5中的氣體擊穿閾值時，放電空間5區(qū)就產(chǎn)生射頻輝光放電。由于射頻輝光放電的產(chǎn)生，放電空間5中充滿等離子體，使環(huán)形的激光諧振腔1的頻率特性向低頻偏移，此時適當(dāng)調(diào)節(jié)環(huán)形的射頻諧振腔1的高度H使之重新對54MHz的射頻輸入諧振。當(dāng)輸入的射頻功率超過激光閾值時，由環(huán)形激光諧振腔主反射器2構(gòu)成的徑向波激光諧振腔8中就有激光振蕩，在激光輸出耦合鏡4上就有波長為10.6μm左右的激光束輸出。當(dāng)對本實(shí)施例的激光器輸入15kW的射頻功率時，本發(fā)明的激光器可以有單模輸出1.5kW的激光功率。
權(quán)利要求
1.一種徑向波激光器，包括<1>射頻諧振腔(1)和激光諧振腔(8)和置于射頻諧振腔(1)內(nèi)的激光工作物質(zhì)(7)；其特征在于<2>所說的射頻諧振腔(1)是環(huán)形的，置于射頻諧振腔(1)內(nèi)有與射頻諧振腔(1)共中心軸線(OO)的環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)，所說的激光諧振腔(8)是由環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)構(gòu)成的徑向波激光諧振腔(8)；<3>射頻諧振腔(1)的中間由平面垂直于中心軸線(OO)的相互平行的兩電容性圓形平板(6)的中間構(gòu)成放電空間(5)；<4>在兩電容性圓形平板(6)的中心位置上，與環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)同中心軸線(OO)的分別置有激光耦合反射器(3)和激光輸出耦合鏡(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波激光器，其特征在于所說的環(huán)形的射頻諧振腔(1)軸向剖面結(jié)構(gòu)是H形、或是n形，或是雙圓形，或是多種結(jié)構(gòu)形狀的疊合形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波激光器，其特征在于所說的徑向波激光諧振腔(8)是僅含環(huán)形諧振腔主反射器(2)的單鏡式的，或者是含有環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)和置于環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)中心軸線(OO)區(qū)域，與環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)同中心軸線(OO)的具有部分激光束透過率的圓筒形的激光副反射器(21)的雙鏡式的；或者是含有環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)，激光耦合反射器(3)和激光輸出耦合鏡(4)的多鏡式的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波激光器，其特征在于所說的激光工作物質(zhì)(7)是氣體，或是固體，或是液體，或是染料，或是半導(dǎo)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波激光器，其特征在于所說的環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)的高度h大于放電空間(5)的高度d，即h＞d；而且環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)的徑向半徑R小于或等于環(huán)形的射頻諧振腔(1)的半徑a，大于或等于電容性圓形平板(6)的半徑b，即b≤R≤a。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的徑向波激光器，其特征在于所說的放電空間(5)的高度d為0.3mm≤d≤30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的徑向波激光器，其特征在于所說的激光耦合反射器(3)是一個對所選用激光波長全反射的旋轉(zhuǎn)圓錐體，旋轉(zhuǎn)圓錐體的母線是直線，或是拋物線，或是雙曲線；旋轉(zhuǎn)圓錐體的頂角θ為45°≤θ≤135°，旋轉(zhuǎn)圓錐體的表面拋光并鍍有對所選用激光波長的增反膜層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的徑向波激光器，其特征在于激光工作物質(zhì)(7)為固體時，環(huán)形激光諧振腔主反射器(2)是由固體的激光工作物質(zhì)(7)的呈旋轉(zhuǎn)拋物面(81)的外圓和上平面上的環(huán)形平面反射鏡(82)構(gòu)成的，或者是由固體的激光工作物質(zhì)(7)外圓上，上下對稱同軸配置母線夾角為90°的上圓錐面和下圓錐面構(gòu)成的內(nèi)全反射棱鏡結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種徑向波激光器,包括環(huán)形的射頻諧振腔,置于射頻諧振腔內(nèi)有激光工作物質(zhì),有與射頻諧振腔共中心軸線的環(huán)形激光諧振腔主反射器。射頻諧振腔的中間由平面垂直于中心軸線的相互平行的兩電容性圓形平板的中間構(gòu)成放電空間。中心軸線區(qū)有激光耦合反射器和激光輸出耦合鏡。激光諧振腔有單鏡式、雙鏡式、多鏡式。激光工作物質(zhì)是氣體、或固體、或液體、或半導(dǎo)體。本發(fā)明具有單模輸出功率高,軸對稱性好,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,運(yùn)轉(zhuǎn)壽命長,實(shí)用性強(qiáng)。
文檔編號H01S3/10GK1248084SQ9911691
公開日2000年3月22日 申請日期1999年9月24日 優(yōu)先權(quán)日1999年9月24日
發(fā)明者王福敦 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所