一種激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型激光器，特別涉及一種具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、栗浦效率高、光束質(zhì)量好、大氣與光纖傳輸特性良好、加工效率高的固體激光器與氣體激光器相結(jié)合的半導(dǎo)體栗浦的混合型激光器。。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，激光能源工業(yè)領(lǐng)域、激光工業(yè)加工領(lǐng)域以及航空航天和國(guó)防領(lǐng)域?qū)τ诟吖馐|(zhì)量、高效率和高功率的激光器需求與日倶增。基于上述需求，提出一種新的混合型激光器。
[0003]對(duì)于激光器而言，增益介質(zhì)是其核心，它決定了輸出光束的波長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)激光器的功率水平和光束模式有決定性的影響。高功率激光光源的增益介質(zhì)主要經(jīng)歷了 YAG棒狀增益介質(zhì)(難以獲得基模輸出)一CO2氣體增益介質(zhì)(數(shù)千瓦級(jí)基模)---光纖增益介質(zhì)(千瓦級(jí)基模)的發(fā)展歷程。高功率CO2激光器采用氣體增益介質(zhì)，基模輸出功率高，光束質(zhì)量好，但存在電光轉(zhuǎn)換效率低，結(jié)構(gòu)龐大，遠(yuǎn)紅外波長(zhǎng)不適合光纖柔性傳輸?shù)炔蛔?，在千瓦?jí)的薄板及中等板厚的激光切割焊接應(yīng)用中，高功率光纖激光器逐步取代高功率CO2激光器成為主力光源，但是由于熱效應(yīng)以及光纖中非線(xiàn)性效應(yīng)的影響，限制了單光纖激光器輸出功率的進(jìn)一步提升。目前已經(jīng)提出的半導(dǎo)體栗浦堿金屬蒸氣激光器也屬于半導(dǎo)體栗浦氣態(tài)增益介質(zhì)激光器結(jié)構(gòu)，然而其存在工作物質(zhì)容易污染激光輸出窗口 ；其工作物質(zhì)在常溫下為固態(tài)，需要通過(guò)加熱手段使其轉(zhuǎn)換為氣體，該過(guò)程不僅為激光器帶來(lái)了額外熱源而且對(duì)堿金屬蒸氣池的溫度控制和堿金屬化學(xué)活性的控制提出了挑戰(zhàn)；其輸出激光過(guò)程還產(chǎn)生對(duì)人體和環(huán)境有毒有害的物質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷和改進(jìn)需求，本發(fā)明借助現(xiàn)有板條激光器技術(shù)提供了一種半導(dǎo)體栗浦的混合型激光器，其目的在于解決現(xiàn)有高功率半導(dǎo)體激光光束質(zhì)量不好和現(xiàn)有半導(dǎo)體栗浦氣體介質(zhì)激光器存在的輸出功率不高，工作物質(zhì)污染激光輸出窗口以及其工作過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)對(duì)人體和環(huán)境有毒有害物質(zhì)的問(wèn)題。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種激光器，包括半導(dǎo)體激光器、光學(xué)整形系統(tǒng)、平板電極對(duì)、耦合反射鏡、反射鏡、匹配網(wǎng)絡(luò)、射頻電源、放電腔、尾鏡、輸出鏡，所述耦合反射鏡和反射鏡的反射面相對(duì)、分別位于平板電極對(duì)之間放電區(qū)域的兩端面；所述尾鏡和輸出鏡分別位于平板電極對(duì)之間放電區(qū)域的兩個(gè)側(cè)面，兩者和放電腔共同組成光學(xué)非穩(wěn)諧振腔，輸出鏡用于激光束輸出；所述親合反射鏡幾何形狀與反射鏡相同，其反射面上開(kāi)設(shè)有透光窗口，用于栗浦光透射進(jìn)入放電腔；所述透光窗口的大小、形狀與栗浦光斑放電腔端面的形狀、大小相對(duì)應(yīng)。
[0006]所述射頻電源、通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)與平板電極對(duì)連接；所述平板電極對(duì)由兩塊平板電極組成，平行安裝于放電腔的內(nèi)壁兩側(cè)，用于對(duì)放電腔內(nèi)的工作氣體進(jìn)行射頻放電；所述平板電極對(duì)由金屬制成，對(duì)栗浦光和輸出激光有反射作用；
[0007]工作中，半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生栗浦光，發(fā)出的栗浦光經(jīng)過(guò)光學(xué)整形系統(tǒng)匯聚成與耦合反射鏡的透光窗口相匹配的光斑，透射注入至放電腔中；產(chǎn)生的激光束經(jīng)輸出鏡輸出。
[0008]進(jìn)一步的，所述激光器的放電腔中的放電介質(zhì)為稀有氣體或稀有氣體與其他輔助氣體組成的混合氣體；半導(dǎo)體激光器所發(fā)激光的中心波長(zhǎng)與放電腔內(nèi)放電介質(zhì)射頻放電后產(chǎn)生的氣體粒子的吸收譜線(xiàn)相匹配。
[0009]進(jìn)一步的，所述激光器的放電腔的氣體米用氬氣和氦氣，氬氣與氦氣的體積比為1:50?1:3，工作在0.5?1.0個(gè)大氣壓下。
[0010]進(jìn)一步的，所述激光器的耦合反射鏡在面向栗浦光入射的一面和栗浦光透光窗口處分別鍍有一層對(duì)該栗浦光的高透射率膜，耦合反射鏡其余部分鍍有一層對(duì)該栗浦光的高反射率膜；或者耦合反射鏡在面向栗浦光入射的一面開(kāi)設(shè)的透光窗口和靠近平板電極對(duì)的另一面鍍有一層對(duì)該栗浦光的高透射率膜，其他部分鍍有對(duì)該栗浦光的高反射率膜。
[0011]進(jìn)一步的，所述激光器的平板電極對(duì)由鋁或銅制成，其面向放電區(qū)域的表面高度光潔，或鍍有一層同時(shí)具有對(duì)栗浦光和輸出激光高反射特性的反射膜，用于提高栗浦效率。
[0012]進(jìn)一步的，所述激光器的平板電極對(duì)內(nèi)部設(shè)置有水冷通道，可進(jìn)一步提高激光器功率。
[0013]進(jìn)一步的，所述激光器的放電腔由金屬或陶瓷材料制成。
[0014]本激光器借助與現(xiàn)有的板條激光器技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、工作穩(wěn)定的特點(diǎn)；其結(jié)合氣體激光器和半導(dǎo)體激光器的優(yōu)點(diǎn)，有效解決了半導(dǎo)體激光器光束質(zhì)量不好以及固態(tài)增益介質(zhì)在高功率下的非線(xiàn)性效應(yīng)等問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量、短波長(zhǎng)激光輸出的完美結(jié)合，可以有效防止高功率連續(xù)單模激光、高功率皮秒飛秒激光的非線(xiàn)性效應(yīng)，具有高功率的激光輸出和脈沖能量高、光束質(zhì)量好、量子效率高、良好的大氣與光纖傳輸特性、加工效率高等特點(diǎn)，是未來(lái)太空能量傳輸、超短脈沖激光大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域的重要潛在光源。其不同于常規(guī)激光器，半導(dǎo)體栗浦放電氣體激光器激射激光是一個(gè)兩級(jí)栗浦過(guò)程，即射頻放電過(guò)程和栗浦半導(dǎo)體激光在放電管內(nèi)與射頻放電后氣體粒子的碰撞過(guò)程，該結(jié)構(gòu)可以提高放電穩(wěn)定性、栗浦效率和轉(zhuǎn)換效率，從而提高激光器的輸出功率。
[0015]總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比能夠取得下列有益效果:
[0016](I)使用的工作物質(zhì)為化學(xué)特性穩(wěn)定、無(wú)毒無(wú)害的高純度單一稀有氣體或兩種稀有氣體混合的二元混合氣體或稀有氣體與其他輔助氣體組成的多元混合氣體。該類(lèi)工作物質(zhì)在激光輸出過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人和環(huán)境有毒有害的物質(zhì)。
[0017](2)采用鍍膜技術(shù)，使耦合反射鏡在半導(dǎo)體栗浦激光入射處具有對(duì)半導(dǎo)體栗浦激光的增透特性，其他部分和耦合反射鏡具有對(duì)半導(dǎo)體栗浦激光的高反特性，同時(shí)結(jié)合光學(xué)整形系統(tǒng)，有利于半導(dǎo)體栗浦激光更加充分的注入至放電腔內(nèi)，提高半導(dǎo)體栗浦激光的栗浦強(qiáng)度，從而提高輸出激光的栗浦效率。
[0018](3)使用的平板電極對(duì)由鋁或銅等常用金屬材質(zhì)制成，加工制作簡(jiǎn)單便宜；平板電極對(duì)內(nèi)部設(shè)有水冷流道，可以帶走激光輸出過(guò)程中產(chǎn)生的廢熱，提高射頻放電的穩(wěn)定性；通過(guò)耦合方式進(jìn)入放電腔中，使放電過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)電極濺射污染放電腔內(nèi)環(huán)境和諧振腔鏡片；平板電極對(duì)表面具有對(duì)半導(dǎo)體栗浦激光和輸出激光的高反特性可以增加半導(dǎo)體栗浦激光與放電腔內(nèi)工作氣體射頻放電后氣體粒子的碰撞概率，提高栗浦效率，從而有利于提高輸出激光的功率。
[0019](4)借助現(xiàn)有射頻板條結(jié)構(gòu)，使用非穩(wěn)諧振腔技術(shù)提取輸出激光，技術(shù)更成熟、更可靠；將兩塊平板電極對(duì)平行放置于放電腔內(nèi)壁上、下兩側(cè)，該結(jié)構(gòu)緊湊，極間距小，所需擊穿電壓更低，有利于放電的穩(wěn)定性和均勻性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體栗浦的混合