專利名稱：：一種輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于高功率激光器
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種基于腔外光束整形技術(shù)輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：具有高光束質(zhì)量的高功率激光器在工業(yè)和軍事應(yīng)用領(lǐng)域都有非常重要的應(yīng)用前景。對(duì)于高功率激光器而言，最重要的是如何獲得盡可能大的模體積和良好的橫模鑒別能力，以實(shí)現(xiàn)高功率單模運(yùn)轉(zhuǎn)，從而既能從激活介質(zhì)中高效率的提取能量，又能保持高光束質(zhì)量的激光輸出。為了獲得高功率的激光輸出，往往需要采用大體積與大橫向尺寸的激活介質(zhì)，以保證腔內(nèi)光學(xué)元件在不受激光損傷的前提下，實(shí)現(xiàn)高功率的激光輸出。穩(wěn)定腔只能在光軸中心附近區(qū)域獲得運(yùn)轉(zhuǎn)在基模(TEMtltl模)的近衍射極限的高斯光束，其模體積有限，并不適合于高功率激光器。對(duì)具有大體積與大橫向尺寸激活介質(zhì)的激光器，一般米用非穩(wěn)腔技術(shù)獲得單橫模輸出。但是常規(guī)非穩(wěn)腔激光器的耦合輸出為環(huán)形光斑結(jié)構(gòu)，將這種環(huán)形空心光束聚焦后，其焦斑中心處的功率密度將比具有相同功率和光斑尺寸的實(shí)心光束低許多；同樣地，該環(huán)形空心光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角也將遠(yuǎn)高于衍射極限，最終限制了它的應(yīng)用。為了消除常規(guī)非穩(wěn)腔激光器輸出環(huán)形光束的中央暗斑，人們提出了許多不同的方法，以期實(shí)現(xiàn)從大體積激活介質(zhì)中提取接近衍射極限的高能激光束。最具代表性的當(dāng)屬變反射率鏡(常見的包括高斯型、超高斯型、拋物線型等)非穩(wěn)腔與90°束旋轉(zhuǎn)環(huán)形非穩(wěn)腔(UnstableResonatorwith90°BeamRotation)。采用變反射率鏡作為輸出耦合鏡的非穩(wěn)腔，在理論上可以達(dá)到近衍射極限的高能激光束輸出。但對(duì)高功率激光器而言，制作高損傷閾值的變反射率介質(zhì)薄膜是非常困難的；并且不同的介質(zhì)薄膜厚度也會(huì)引起輸出光束的相位畸變，因此變反射率輸出耦合鏡在實(shí)際應(yīng)用上具有一定的局限性。美國(guó)空軍武器實(shí)驗(yàn)室A.H.Paxton等人在《AppliedOptics》1986年第25卷第17期《Unstableresonatorswith90°beamrotation))一文中提出了一種90°束旋轉(zhuǎn)環(huán)形非穩(wěn)腔，該腔由于利用了光束旋轉(zhuǎn)技術(shù)能夠?qū)せ罱橘|(zhì)的不均勻性以及鏡面的象差進(jìn)行平均化，從而獲得高光束質(zhì)量的矩形全斑激光束輸出。但由于該腔的輸出I禹合鏡為刀口，輸出光束為實(shí)心矩形，在強(qiáng)紅外激光傳輸中，只能采用斜軸形反射望遠(yuǎn)鏡發(fā)射；而斜軸反射望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)難度大，造價(jià)昂貴。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的之一是提供一種輸出實(shí)心光束的的激光非穩(wěn)腔，基于光學(xué)元件對(duì)光束進(jìn)行重構(gòu)整形，使普通非穩(wěn)腔輸出環(huán)形光束的中心部分重構(gòu)成為實(shí)心光束。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明該目的所采用的技術(shù)方案如下一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔，包括激光器本體，其包含由凸面鏡和凹面鏡相對(duì)布置構(gòu)成的正支虛共焦非穩(wěn)腔，該凸面鏡和凹面鏡的中心連線形成非穩(wěn)腔的光軸；內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡，其設(shè)置在激光器本體內(nèi)，并位于所述凸面鏡和凹面鏡之間，該內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的反射鏡面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，且該反射鏡的鏡體為中空的環(huán)形體；和外圓錐面反射鏡，其設(shè)置在非穩(wěn)腔的光軸下方，并與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡相對(duì)放置，其中該外圓錐面反射鏡的反射鏡面呈向外凸起的圓錐面形，其反射鏡面中心點(diǎn)與環(huán)形反射鏡鏡面中心點(diǎn)的連線與所述非穩(wěn)腔的光軸垂直；其特征在于，經(jīng)所述凹面鏡反射的光束一部分穿過反射鏡的中空鏡體后傳輸?shù)酵姑骁R上，以繼續(xù)振蕩，另一部分入射到內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的反射鏡面上，并反射到所述外圓錐面反射鏡的反射鏡面上，通過調(diào)節(jié)所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡與外圓錐面反射鏡沿兩中心點(diǎn)連線方向上的相對(duì)距離至合適大小，即可實(shí)現(xiàn)從所述外圓錐面反射鏡的反射鏡面上輸出實(shí)心光束。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的反射鏡面與外圓錐面反射鏡的反射鏡面具有相同的軸截面頂角，且為鈍角。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡與所述外圓錐面反射鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸均與所述非穩(wěn)腔的光軸成45°夾角。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述的內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的底部開有第一環(huán)形冷卻水槽，帶有進(jìn)水口和出水口的環(huán)形水槽蓋板蓋在該第一環(huán)形冷卻水槽上，并與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的底部密封連接。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述的外圓錐面反射鏡的后部開有第二環(huán)形冷卻水槽，帶有進(jìn)水口和出水口的圓形水槽蓋板蓋在該第二環(huán)形冷卻水槽上，并與所述外圓錐面反射鏡的底部密封連接。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明該目的所采用的另一技術(shù)方案如下一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔，包括激光器本體，其包含由凸面鏡和凹面鏡相對(duì)布置構(gòu)成的正支虛共焦非穩(wěn)腔，該凸面鏡和凹面鏡的中心連線形成非穩(wěn)腔的光軸；外圓錐面透鏡，其設(shè)置在激光器本體外，并位于所述凸面鏡后方，該外圓錐面透鏡鏡體呈柱狀，鏡體一端端面為平面，另一端端面呈向外凸出的圓錐面，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上；和內(nèi)圓錐面透鏡，其同軸設(shè)置在外圓錐面透鏡后方，該內(nèi)圓錐面透鏡呈柱狀體，面向外圓錐面透鏡的端面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，另一端面為平面，該內(nèi)圓錐面透鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上，經(jīng)所述外圓錐面透鏡折射后的光束射入到該內(nèi)圓錐面透鏡的向內(nèi)凹陷的圓錐面上，透射后通過另一端的平面端面射出；其特征在于，光束由凹面鏡向外反射時(shí)，一部分反射到凸面鏡上在諧振腔內(nèi)繼續(xù)震蕩，另一部分平行射到凸面鏡后面的外圓錐面透鏡的平面端上，經(jīng)透射至另一端的圓錐面端并折射后向光軸方向折射，折射的光束射入到內(nèi)圓錐面透鏡的向內(nèi)凹陷的圓錐面上，通過調(diào)節(jié)內(nèi)圓錐面透鏡在非穩(wěn)腔的光軸方向上與外圓錐面透鏡的距離至合適大小，即可使得經(jīng)該內(nèi)圓錐面透鏡透射至另一端的平面端面時(shí)，出射的光束為實(shí)心光束。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述外圓錐面透鏡與所述內(nèi)圓錐面透鏡的圓錐面具有相同的臨界角C。作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述外圓錐面透鏡端面的圓錐面與該內(nèi)圓錐面透鏡的圓錐面具有相同的軸截面頂角9'，且180°-2c〈0'〈180°。本發(fā)明的目的之二在于提出一種利用激光非穩(wěn)腔輸出實(shí)心光束的方法，其具體包括在激光非穩(wěn)腔的激光本體器中的凸面鏡和凹面鏡之間設(shè)置內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡，并使經(jīng)所述凹面鏡反射的光束一部分入射到內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的反射鏡面上的步驟，其中該內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的反射鏡面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，且該反射鏡的鏡體為中空的環(huán)形體；在所述激光非穩(wěn)腔的光軸下方設(shè)置外圓錐面反射鏡，并使內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡的反射鏡面上的反射光出射到所述外圓錐面反射鏡的反射鏡面上并反射后輸出的步驟，其中該外圓錐面反射鏡反射鏡面中心點(diǎn)與內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡鏡面中心點(diǎn)的連線與所述非穩(wěn)腔的光軸垂直；以及調(diào)節(jié)所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡與外圓錐面反射鏡沿兩中心點(diǎn)連線方向上的相對(duì)距離至合適大小的步驟，即可使得從所述外圓錐面反射鏡的反射鏡面上輸出的光束為實(shí)心光束。本發(fā)明的目的之二還在于提出另一種利用激光非穩(wěn)腔輸出實(shí)心光束的方法，其具體包括在所述激光非穩(wěn)腔的激光本體器中的凸面鏡后方設(shè)置外圓錐面透鏡，并使凹面鏡向外反射的一部分光束平行入射到該透鏡上并折射后出射的步驟，其中，該透鏡鏡體呈柱狀，鏡體一端端面為平面，另一端端面呈向外凸出的圓錐面，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上；在所述外圓錐面透鏡后方同軸設(shè)置內(nèi)圓錐面透鏡，并使經(jīng)該外圓錐面透鏡折射后出射的光束入射到該內(nèi)圓錐面透鏡上并折射后出射的步驟，其中，該內(nèi)圓錐面透鏡呈柱狀體，面對(duì)外圓錐面透鏡的圓錐面的端面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，另一端面為平面；以及調(diào)節(jié)內(nèi)圓錐面透鏡在非穩(wěn)腔的光軸方向上與外圓錐面透鏡的距離至合適大小的步驟，即可使得經(jīng)所述內(nèi)圓錐面透鏡折射后射出的光束為實(shí)心光束。本發(fā)明將非穩(wěn)腔輸出的環(huán)形空心光束，通過具有一定角度的內(nèi)(或外)圓錐面鏡的作用，使光束逐漸向激光束的光軸位置集中；然后利用與所述內(nèi)(或外)圓錐面鏡具有相同軸截面頂角的外(或內(nèi))圓錐面鏡對(duì)集中于激光束光軸附近的光束進(jìn)行重新導(dǎo)向，以獲得沿光軸方向傳輸?shù)墓馐敵?，并通過對(duì)內(nèi)(或外)圓錐面鏡與外(或內(nèi))圓錐面鏡沿光軸方向的相對(duì)位置進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)沿光軸方向傳輸?shù)膱A形實(shí)心整形光束輸出。本發(fā)明利用兩圓柱形圓錐面鏡，對(duì)光束光路分別進(jìn)行兩次調(diào)整。其中，每一圓柱形圓錐面鏡均有一端面為圓錐面，且兩圓錐面具有相同的軸截面頂角。兩圓柱形圓錐面鏡可為反射鏡，也可為透鏡。當(dāng)其作反射鏡時(shí)，兩圓柱形圓錐面鏡為中空環(huán)形體，兩圓錐面頂點(diǎn)連線與光軸垂直；當(dāng)其作透鏡時(shí)，兩圓柱形圓錐面鏡為圓柱體形，兩圓錐面頂點(diǎn)連線與光軸在同一直線上。當(dāng)兩圓柱形圓錐面鏡為反射鏡時(shí)，第一鏡的前端面為內(nèi)圓錐面，第二鏡的后端面為外圓錐面鏡；當(dāng)兩圓柱形圓錐面鏡為透鏡時(shí)，第一鏡的前端面為平面，后端面為外圓錐面，第二鏡的前端面為外圓錐面，后端面為平面。具體實(shí)施原理如下(I)利用內(nèi)(或外)圓錐面鏡對(duì)非穩(wěn)腔激光器輸出的中空空心光束進(jìn)行向心導(dǎo)向，使之向激光束的中心光軸集中；(2)利用外(或內(nèi))錐面鏡對(duì)上述集中于激光束光軸附近的光束進(jìn)行重新導(dǎo)向，獲得沿光軸方向傳輸?shù)恼喂馐敵觯?3)對(duì)兩圓錐面鏡沿光軸方向的相對(duì)位置進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，獲得沿光軸方向傳輸?shù)膱A形實(shí)心整形光束輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比主要具以下優(yōu)點(diǎn)(I)在保留常規(guī)非穩(wěn)腔諸多優(yōu)點(diǎn)(如模體積大，橫模分辨率高等)的前提下，利用反射式光學(xué)元件對(duì)非穩(wěn)腔激光器輸出環(huán)形光束的中心部分進(jìn)行重構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量的高能圓形實(shí)心激光束輸出。(2)直接利用圓錐面鏡進(jìn)行整形，基本沒有增加非穩(wěn)腔的結(jié)構(gòu)難度。(3)主要涉及反射或透射式光學(xué)元件的應(yīng)用，因此其能夠承受非常高的激光功率，適合于高功率激光應(yīng)用場(chǎng)合的光束整形。(4)本發(fā)明所涉及反射或透射式光學(xué)元件加工簡(jiǎn)單方便，制造成本低。本發(fā)明在保留常規(guī)非穩(wěn)腔諸多優(yōu)點(diǎn)(如模體積大，橫模分辨率高等)的前提下，利用反射或透射式光學(xué)元件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)非穩(wěn)腔激光器輸出環(huán)形光束的中心部分進(jìn)行重構(gòu)，獲得高光束質(zhì)量的高能圓形實(shí)心激光束輸出；并且所提供的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，尤其克服了現(xiàn)有技術(shù)需要通過改造常規(guī)非穩(wěn)腔的結(jié)構(gòu)來獲取實(shí)心激光束輸出的不足。圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為非穩(wěn)腔激光器輸出的環(huán)形光斑示意圖；圖4為本發(fā)明中的非穩(wěn)腔所輸出的圓形實(shí)心光斑示意圖；圖5為內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡帶有環(huán)形冷卻水槽、環(huán)形水槽蓋板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖6為圖5中環(huán)形冷卻水槽的右視圖；圖7為圖5中環(huán)形水槽蓋板的右視圖；圖8為本發(fā)明中的非穩(wěn)腔中的外圓錐面反射鏡帶有環(huán)形冷卻水槽、圓形水槽蓋板的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖9為圖8中環(huán)形冷卻水槽的左視圖；圖10為圖8中圓形水槽蓋板的左視圖。具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。實(shí)施例I如圖I所不,本實(shí)施例提供的基于輸出實(shí)心光束的的激光非穩(wěn)腔技術(shù)的非穩(wěn)腔激光器包括激光器本體1，內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501、外圓錐面反射鏡601和精密位移機(jī)構(gòu)7。該激光器本體I包含由凸面鏡4和凹面鏡3相對(duì)布置構(gòu)成的正支虛共焦非穩(wěn)腔。其中，在正支虛共焦非穩(wěn)腔的凸面鏡4和凹面鏡3之間設(shè)置具有軸截面頂角0的內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501，內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501的鏡面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，且鏡體中部為空心的，呈中空的環(huán)形體，以使得光束在諧振腔內(nèi)由凸面鏡4向凹面鏡3方向傳輸時(shí)，光束的邊緣部分能夠穿過該反射鏡501的鏡體傳輸?shù)酵姑骁R4上。反射鏡501鏡面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸al與由凸面鏡4和凹面鏡3中心連線所形成的非穩(wěn)腔光軸成45°夾角。外圓錐面反射鏡601設(shè)置在非穩(wěn)腔光軸下方，其與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501相對(duì)放置。外圓錐面反射鏡601的鏡面呈向外凸起的圓錐面形，且與反射鏡501具有相同軸截面頂角9，兩鏡面呈互補(bǔ)形狀，鏡面中心Q與環(huán)形反射鏡501鏡面中心P的連線同所述非穩(wěn)腔光軸垂直。內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與所述非穩(wěn)腔激光器I的光軸成45°夾角，外圓錐面反射鏡601與內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501平行，內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501與外圓錐面反射鏡601沿PQ連線方向上的相對(duì)位置可通過所述外圓錐面反射鏡精密位移機(jī)構(gòu)7進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)光束在諧振腔內(nèi)由凸面鏡4向凹面鏡3方向傳輸時(shí)，將被擴(kuò)束M倍(其中，M為非穩(wěn)腔的幾何放大率)；擴(kuò)束后光束的邊緣部分2在反向傳輸時(shí)經(jīng)內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501反射耦合輸出，剩余中心部分光束被反饋到諧振腔內(nèi)繼續(xù)參與振蕩。由于內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501軸截面頂角0對(duì)光束的會(huì)聚作用，經(jīng)反射鏡501耦合輸出的環(huán)形空心光束在腔外傳輸過程中將逐漸向其中心所在軸線(即圖I所示PQ連線)位置集中；利用與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501對(duì)應(yīng)平行安裝的外圓錐面反射鏡601對(duì)收縮于中心軸線附近的光束進(jìn)行重新導(dǎo)向，以獲取沿平行于非穩(wěn)腔光軸方向傳輸?shù)恼喂馐敵觯煌ㄟ^對(duì)外圓錐面反射鏡601中心Q與內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501中心P沿垂直于非穩(wěn)腔光軸方向的距離D(見圖I)進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，即可實(shí)現(xiàn)圓形實(shí)心激光光束輸出。內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501與外圓錐面反射鏡601均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型結(jié)構(gòu)反射鏡，制作簡(jiǎn)單，甚至可以直接采用超精密車削加工而成。如6所示，內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501的后部開有環(huán)形冷卻水槽11，在環(huán)形水槽蓋板8上帶有進(jìn)水口9和出水口10，環(huán)形水槽蓋板8與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501的底部可采用焊接方式密封連接。如圖疒圖9所示，外圓錐面反射鏡601的后部開有環(huán)形冷卻水槽15，在圓形水槽蓋板12上同樣帶有進(jìn)水口13和出水口14，圓形水槽蓋板12與所述外圓錐面反射鏡601的底部可采用焊接方式密封連接。非穩(wěn)腔激光器I輸出的光束2經(jīng)內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡501轉(zhuǎn)向后，沿垂直于所述非穩(wěn)腔激光器I的PQ連線方向傳輸，并逐漸向PQ連線位置集中；利用外圓錐面反射鏡601對(duì)集中于PQ連線附近的光束進(jìn)行重新導(dǎo)向，以獲得沿光軸方向傳輸?shù)恼喂馐敵?；通過外圓錐面反射鏡精密位移機(jī)構(gòu)7對(duì)所述外圓錐面反射鏡601在PQ方向上的相對(duì)位置進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)沿光軸方向傳輸?shù)膱A形實(shí)心整形光束輸出。實(shí)施例2如圖2所不,本實(shí)施例提供的基于輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔技術(shù)的非穩(wěn)腔激光器包括激光器本體1，外圓錐面透鏡502、內(nèi)圓錐面透鏡602和精密位移機(jī)構(gòu)7。該激光器本體I包含由凸面鏡4和凹面鏡3相對(duì)布置構(gòu)成的正支虛共焦非穩(wěn)腔。本實(shí)施例中，外圓錐面透鏡502設(shè)置在凸面鏡4后方，該透鏡502鏡體呈柱狀，鏡體一端端面為平面，另一端端面呈向外凸出的圓錐面，該錐面的軸截面頂角為9'，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上。光束在諧振腔內(nèi)由凹面鏡3向外反射時(shí)，一部分發(fā)射到凸面鏡4上在諧振腔內(nèi)繼續(xù)震蕩，另一部分平行射到凸面鏡4后面的透鏡502的平面端上，經(jīng)傳輸至另一端的圓錐面端并折射后向光軸方向集中。在外圓錐面透鏡502后方相對(duì)其放置有內(nèi)圓錐面透鏡602。該內(nèi)圓錐面透鏡602呈柱狀體，面對(duì)外圓錐面透鏡502的圓錐面的端面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，其軸截面頂角也為9'，與外圓錐面透鏡502的圓錐面形成互補(bǔ)型面。內(nèi)圓錐面透鏡602的另一端面為平面，該內(nèi)圓錐面透鏡602的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上。經(jīng)外圓錐面透鏡502折射后的光束射入到內(nèi)圓錐面透鏡602的向內(nèi)凹陷的圓錐面上，并傳輸后通過另一端的平面端面射出。精密位移機(jī)構(gòu)7用于調(diào)整內(nèi)圓錐面透鏡602在非穩(wěn)腔的光軸方向上與外圓錐面透鏡502的距離。外圓錐面透鏡502與內(nèi)圓錐面透鏡602均為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱型結(jié)構(gòu)透鏡，制作簡(jiǎn)單，甚至可以直接采用超精密車削加工而成。非穩(wěn)腔激光器I輸出的光束2經(jīng)外圓錐面透鏡502折射后，出射光線向非穩(wěn)腔激光器I的光軸位置偏折；利用內(nèi)圓錐面透鏡602對(duì)偏折光線再次進(jìn)行折射，對(duì)收縮于非穩(wěn)腔光軸附近的光束進(jìn)行重新導(dǎo)向，使光線平行于光軸方向傳輸；通過內(nèi)圓錐面透鏡精密位移機(jī)構(gòu)7對(duì)所述內(nèi)圓錐面透鏡602在光軸方向上與外圓錐面透鏡502的相對(duì)位置進(jìn)行精密調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)外圓錐面透鏡502與內(nèi)圓錐面透鏡602沿非穩(wěn)腔光軸方向的距離，即可實(shí)現(xiàn)沿光軸方向傳輸?shù)膱A形實(shí)心整形光束輸出。權(quán)利要求1.一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔，包括激光器本體(1)，其包含由凸面鏡(4)和凹面鏡(3)相對(duì)布置構(gòu)成的正支虛共焦非穩(wěn)腔，該凸面鏡(4)和凹面鏡(3)的中心連線形成非穩(wěn)腔的光軸；內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)，其設(shè)置在激光器本體(I)內(nèi)，并位于所述凸面鏡(4)和凹面鏡(3)之間，該內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的反射鏡面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，且該反射鏡(501)的鏡體為中空的環(huán)形體；和外圓錐面反射鏡(601)，其設(shè)置在非穩(wěn)腔的光軸下方，并與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)相對(duì)放置，其中該外圓錐面反射鏡(601)的反射鏡面呈向外凸起的圓錐面形，其反射鏡面中心點(diǎn)(Q)與環(huán)形反射鏡(501)鏡面中心點(diǎn)(P)的連線與所述非穩(wěn)腔的光軸垂直；其特征在于，經(jīng)所述凹面鏡(3)反射的光束一部分穿過反射鏡(501)的中空鏡體后傳輸?shù)酵姑骁R(4)上，以繼續(xù)振蕩，另一部分入射到內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的反射鏡面上，并反射到所述外圓錐面反射鏡(601)的反射鏡面上，通過調(diào)節(jié)所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)與外圓錐面反射鏡(601)沿兩中心點(diǎn)連線(PQ)方向上的相對(duì)距離至合適大小，即可實(shí)現(xiàn)從所述外圓錐面反射鏡(601)的反射鏡面上輸出實(shí)心光束。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔，其特征在于，所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的反射鏡面與外圓錐面反射鏡(601)的反射鏡面具有相同的軸截面頂角，且為鈍角。3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔,其特征在于,所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)與所述外圓錐面反射鏡(601)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸均與所述非穩(wěn)腔的光軸成45°夾角。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔,其特征在于,所述的內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的底部開有第一環(huán)形冷卻水槽，帶有進(jìn)水口和出水口的環(huán)形水槽蓋板蓋在該第一環(huán)形冷卻水槽上，并與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的底部密封連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的裝置，其特征在于，所述的外圓錐面反射鏡(601)的后部開有第二環(huán)形冷卻水槽，帶有進(jìn)水口和出水口的圓形水槽蓋板蓋在該第二環(huán)形冷卻水槽上，并與所述外圓錐面反射鏡(601)的底部密封連接。6.一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔,包括激光器本體(1)，其包含由凸面鏡(4)和凹面鏡(3)相對(duì)布置構(gòu)成的正支虛共焦非穩(wěn)腔，該凸面鏡(4)和凹面鏡(3)的中心連線形成非穩(wěn)腔的光軸；外圓錐面透鏡(502)，其設(shè)置在激光器本體(I)外，并位于所述凸面鏡(4)后方，該外圓錐面透鏡(502)鏡體呈柱狀，鏡體一端端面為平面，另一端端面呈向外凸出的圓錐面，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上；和內(nèi)圓錐面透鏡(602)，其同軸設(shè)置在外圓錐面透鏡(502)后方，該內(nèi)圓錐面透鏡(602)呈柱狀體，面向外圓錐面透鏡(502)的端面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，另一端面為平面，該內(nèi)圓錐面透鏡(602)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上，經(jīng)所述外圓錐面透鏡(502)折射后的光束射入到該內(nèi)圓錐面透鏡(602)的向內(nèi)凹陷的圓錐面上，透射后通過另一端的平面端面射出；其特征在于，光束由凹面鏡(3)向外反射時(shí)，一部分反射到凸面鏡(4)上在諧振腔內(nèi)繼續(xù)震蕩，另一部分平行射到凸面鏡(4)后面的外圓錐面透鏡(502)的平面端上，經(jīng)透射至另一端的圓錐面端并折射后向光軸方向折射，折射的光束射入到內(nèi)圓錐面透鏡(602)的向內(nèi)凹陷的圓錐面上，通過調(diào)節(jié)內(nèi)圓錐面透鏡(602)在非穩(wěn)腔的光軸方向上與外圓錐面透鏡(502)的距離至合適大小，即可使得經(jīng)該內(nèi)圓錐面透鏡(602)透射至另一端的平面端面時(shí)，出射的光束為實(shí)心光束。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔,其特征在于,所述外圓錐面透鏡(502)與所述內(nèi)圓錐面透鏡(602)的圓錐面具有相同的臨界角C。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔，其特征在于，所述外圓錐面透鏡(502)端面的圓錐面與該內(nèi)圓錐面透鏡(602)的圓錐面具有相同的軸截面頂角0'，且180°-2c(9'〈180°。9.一種利用激光非穩(wěn)腔輸出實(shí)心光束的方法，包括在激光非穩(wěn)腔的激光本體器(I)中的凸面鏡(4)和凹面鏡(3)之間設(shè)置內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)，并使經(jīng)所述凹面鏡(3)反射的光束一部分入射到內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的反射鏡面上的步驟，其中該內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的反射鏡面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，且該反射鏡(501)的鏡體為中空的環(huán)形體；在所述激光非穩(wěn)腔的光軸下方設(shè)置外圓錐面反射鏡(601)，并使內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)的反射鏡面上的反射光出射到所述外圓錐面反射鏡(601)的反射鏡面上并反射后輸出的步驟，其中該外圓錐面反射鏡(601)反射鏡面中心點(diǎn)(Q)與內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)鏡面中心點(diǎn)(P)的連線與所述非穩(wěn)腔的光軸垂直；以及調(diào)節(jié)所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(501)與外圓錐面反射鏡(601)沿兩中心點(diǎn)連線(PQ)方向上的相對(duì)距離至合適大小的步驟，即可使得從所述外圓錐面反射鏡(601)的反射鏡面上輸出的光束為實(shí)心光束。10.一種利用激光非穩(wěn)腔輸出實(shí)心光束的方法，包括在所述激光非穩(wěn)腔的激光本體器(I)中的凸面鏡(4)后方設(shè)置內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡(502)，并使凹面鏡(3)向外反射的一部分光束平行入射到該透鏡(502)上并折射后出射的步驟，其中，該透鏡(502)鏡體呈柱狀，鏡體一端端面為平面，另一端端面呈向外凸出的圓錐面，其旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與非穩(wěn)腔的光軸在同一直線上；在所述外圓錐面透鏡(502)后方同軸設(shè)置內(nèi)圓錐面透鏡(602)，并使經(jīng)該外圓錐面透鏡(502)折射后出射的光束入射到該內(nèi)圓錐面透鏡(602)上并折射后出射的步驟，其中，該內(nèi)圓錐面透鏡(602)呈柱狀體，面對(duì)外圓錐面透鏡(502)的圓錐面的端面呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，另一端面為平面；以及調(diào)節(jié)內(nèi)圓錐面透鏡(602)在非穩(wěn)腔的光軸方向上與外圓錐面透鏡(502)的距離至合適大小的步驟，即可使得經(jīng)所述內(nèi)圓錐面透鏡(602)折射后射出的光束為實(shí)心光束。全文摘要本發(fā)明公開了一種可輸出實(shí)心光束的激光非穩(wěn)腔，包括包含相對(duì)布置的凸面鏡和凹面鏡的激光器本體；設(shè)置在凸面鏡和凹面鏡之間的內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡，其反射鏡面為呈向內(nèi)凹陷的圓錐面形，且該反射鏡的鏡體為中空的環(huán)形體；和設(shè)置在非穩(wěn)腔的光軸下方，并與所述內(nèi)圓錐面環(huán)形反射鏡相對(duì)放置的外圓錐面反射鏡，其中該外圓錐面反射鏡的反射鏡面呈向外凸起的圓錐面形，其反射鏡面中心Q與環(huán)形反射鏡鏡面中心P的連線與所述非穩(wěn)腔的光軸垂直。本發(fā)明還公開了上述激光非穩(wěn)腔的應(yīng)用。本發(fā)明的裝置和方法能夠利用反射光學(xué)元件實(shí)現(xiàn)對(duì)非穩(wěn)腔激光器輸出環(huán)形光束的變換，獲得圓形實(shí)心光束輸出；并且所提供的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定。文檔編號(hào)H01S3/081GK102684052SQ20121013734公開日2012年9月19日申請(qǐng)日期2012年5月4日優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日發(fā)明者王英,羅曦,陳培鋒申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)