非穩(wěn)成像諧振腔的制作方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本文中描述的主題涉及激光諧振腔系統(tǒng)，且更具體地涉及非穩(wěn)成像諧振腔(unstableimagingresonator)?！?br>背景技術(shù)：
】[0002]固態(tài)激光盤具有沿著其背面安裝至散熱器的有源薄盤增益介質(zhì)。背面對于激光和泵浦波長具有高度反射性并且前表面對于激光和泵浦波長具有高度透射性。在盤的前表面或“正面”進入盤，傳播至背面的外部激光束被背面反射回至其離開盤的前表面。當在盤中傳播時，激光束從盤提取能量。[0003]失去的能量由泵浦激光束還原，其還在盤的前表面進入盤，傳播至背面的泵浦激光束被反射和傳播至其離開盤的前表面。當通過盤進行傳播時，泵浦光束將能量存放至盤并且激勵介質(zhì)。示例有源介質(zhì)的是以可以是直徑為10至2000毫米(mm)和厚度為200微米(0.20mm)的環(huán)形盤格式設(shè)置的Yb:YAG(摻鐿釔鋁石榴石)。泵浦光源通常由提供大于激光波長處的整體增益的二極管激光陣列設(shè)置，以使具有起到有源反射鏡(activemirror)作用的激光盤。泵浦光束被以避免干擾激光束的入射角度呈現(xiàn)于正面。[0004]可以通過增加由泵浦光源傳遞的功率和/或?qū)⒍鄠€激光盤結(jié)合至激光盤諧振腔來增加激光盤輸出光束功率。穩(wěn)定的激光盤諧振腔被用于將多個盤的單個輸出激光功率組合成用于例如在金屬加工應(yīng)用的多千瓦激光輸出光束。由穩(wěn)定的激光盤諧振腔產(chǎn)生的高功率輸出光束是多模式的，并且通常是衍射極限的五十倍。雖然這適合于工業(yè)應(yīng)用，諸如激光焊接，但不適于需要更加精確和緊密集中的輸出激光束的應(yīng)用。因此，期望提供產(chǎn)生高能量、可被用于更加精確的激光束應(yīng)用的近衍射極限激光束的多個激光盤諧振腔。【
發(fā)明內(nèi)容】[0005]在一個方面中，非穩(wěn)成像諧振腔包括反饋鏡(feedbackmirror)和主鏡(primarymirror)，兩者提供沿著反饋鏡與主鏡之間的光軸傳播的激光信號的非穩(wěn)的諧振腔振蕩；多個第一激光盤，設(shè)置在第一垂直平面；以及多個第二激光盤，設(shè)置在與第一垂直平面相對的第二垂直平面中，其中，多個激光盤被設(shè)置在中央水平面中；以及多個第一反射鏡，設(shè)置在第一垂直平面中；以及多個第二反射鏡，設(shè)置在第二垂直平面中，其中，第一組反射鏡被設(shè)置在下水平面中并且第二組反射鏡被設(shè)置在上水平面中。其中，在光軸中相鄰的相應(yīng)激光盤和反射鏡被定位以在其間設(shè)置1:1成像系統(tǒng)。[0006]在另一方面中，功率放大器包括:多個第一激光盤，設(shè)置在第一垂直平面；以及多個第二激光盤，設(shè)置在與第一垂直平面相對的第二垂直平面中，其中，多個激光盤被設(shè)置在中央水平面中，以及多個第一反射鏡，設(shè)置在第一垂直平面中；以及多個第二反射鏡，設(shè)置在第二垂直平面中，其中，第一組反射鏡被設(shè)置在下水平面中并且第二組反射鏡被設(shè)置在上水平面中，其中，沿著光軸鄰近的相應(yīng)激光盤和反射鏡被定位以在其間設(shè)置1:1成像系統(tǒng)。[0007]參照以下說明和附圖可以看出本文中論述的特征、功能及優(yōu)點可以在本文中描述的各種示例中獨立地或者可以結(jié)合其它示例實現(xiàn)的更多細節(jié)?！靖綀D說明】[0008]參考附圖描述【具體實施方式】。[0009]圖1是根據(jù)示例的1:1成像系統(tǒng)的示意框圖。[0010]圖2是根據(jù)示例的普通諧振腔的示意圖。[0011]圖3是根據(jù)示例的成像系統(tǒng)和諧振腔的簡化示圖的示意圖。[0012]圖4是在圖3中示出的構(gòu)造的重新布置的示意圖。[0013]圖5是根據(jù)示例的非穩(wěn)諧振腔的第一類型的示意圖。[0014]圖6是根據(jù)示例的非穩(wěn)諧振腔的第二類型的示意圖。[0015]圖7至圖8是根據(jù)示例的諧振腔的操作原則的示意圖。[0016]圖9至圖11是根據(jù)示例的諧振腔的示意圖。[0017]圖12是根據(jù)示例的功率放大器的示意圖?！揪唧w實施方式】[0018]在以下描述中，闡述了許多具體細節(jié)以便提供多個實施方式的全面的理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，可以無需具體細節(jié)實踐多個實施方式。在其他實例中，為了不使【具體實施方式】模糊，沒有詳細示出或描述已知的方法、程序、組件以及電路。[0019]本發(fā)明提供了用于從N個激光盤的陣列創(chuàng)建單個多千瓦的、單橫模、近衍射極限輸出激光束的方法和裝置。為了以單橫模的方式提供多千瓦輸出功率光束，需要使用其中從反饋鏡的邊緣提供的激光輸出的非穩(wěn)諧振腔。單模穩(wěn)定諧振腔不能與較大直徑(例如，Icm)的高功率盤一起使用，因為對于實際的穩(wěn)定諧振腔的基本模式直徑僅為I或2mm的直徑。[0020]為了提供近衍射極限、單橫模激光，激光盤被設(shè)置為與非穩(wěn)諧振腔中的反射鏡相關(guān)聯(lián)，以此方式使得每個激光盤和反射鏡組合起到1:1成像系統(tǒng)的作用。這還提供了輸出至鄰接的激光盤上的每個激光盤的完全成像。這提供了單橫模諧振腔并且提供了有效的盤功率提取。為了實現(xiàn)這個，布置激光盤與反射鏡，使得每個球面鏡表面均被定位在相應(yīng)的激光盤和反射鏡像面中，相應(yīng)的激光盤和反射鏡像面對于它們沿著光軸的放置的范圍的選擇的圖像距離而交替隔開。如以下進一步詳細地描述，每個激光盤反射鏡組合提供了1:1的成像系統(tǒng)。[0021]為了教導(dǎo)在光學諧振腔內(nèi)放置成像系統(tǒng)所涉及的原理，首先參考圖1至10。圖1示出了具有相同的正透鏡LI與L2的1:1成像系統(tǒng)20。透鏡均具有焦距f并且如被放置在光軸22上，它們具有共同的焦點F2。1:1成像系統(tǒng)20利用統(tǒng)一的放大倍率對所有物體進行成像，因此物體平面Fl中的具有復(fù)振幅u(x，y)的電磁場24a、24b被系統(tǒng)20簡單中繼至具有復(fù)振幅u(-x，-y)的像面F3。中繼本質(zhì)上為零光學距離傳播和180度旋轉(zhuǎn)。1:1成像系統(tǒng)20的物理長度是4f，但是其光學長度是零。[0022]圖2示出任意的雙鏡諧振腔26，該雙鏡諧振腔26被示出具有間隔L的凹端鏡(concaveendmirror)Ml和M2。如圖3中所示,諧振腔26可以被放置于成像系統(tǒng)20的光軸22上。在圖4中，反射鏡Ml然后向左移動4f的距離至重新定位的圖像位置27，其向光學諧振腔26提供有嵌入內(nèi)部的1:1成像系統(tǒng)20，以形成成像光學諧振腔28。該成像光學諧振腔28與諧振腔26(圖2)在裸腔性能(barecavityperformance)方面基本上相同，然而在硬件上不同。即，如作為裸腔特征值的大小，在反射鏡Ml和M2上的裸腔場(barecavityfield)對于諧振腔26和成像諧振腔28實質(zhì)上相同。1:1成像系統(tǒng)20的插入沒有改變諧振腔的輸出激光束的本質(zhì)特征。如果諧振腔26(圖2)被設(shè)計用于期望的諧振腔性能，例如，良好的橫模辨別力，成像諧振腔28將擁有這些相同的期望的特性。為了獲得該性能，必須肯定透鏡LI與L2在內(nèi)腔光束以傳播的方式通過1:1成像系統(tǒng)時沒有顯著的孔徑(aperture)。[0023]因此，用于在任何諧振腔內(nèi)插入1:1成像系統(tǒng)的過程是在諧振腔的光軸上選擇點。將所有的諧振腔光學元件移至該點的左邊，并將它們向左移動4f的距離，然后將具有物理長度4f的1:1成像系統(tǒng)插入到所提供的空閑空間中。形成的成像諧振腔將擁有原始諧振腔的所有的裸腔性能屬性。該過程可以通過空出等于N個4f的空間被延伸為創(chuàng)建具有N個層疊的1:1成像系統(tǒng)的成像諧振腔系統(tǒng)，并且形成的新的諧振腔將擁有原始的父諧振腔的裸腔性能屬性。[0024]在圖5和圖6中示意地示出可以與本發(fā)明一起使用的兩種類型的非穩(wěn)諧振腔。圖5是具有球面凸入的反饋鏡(FB)32和球面凹入的主鏡(PRI)34的正支(positivebranch)非穩(wěn)諧振腔30。由反饋鏡32反射的光36看起來是來自焦點F。光36在來自主鏡34的反射上進行校準以產(chǎn)生圍繞反饋鏡32的校準的環(huán)形輸出激光束38。反饋鏡和主鏡32、34共享共同的焦點F使得諧振腔30是共焦的非穩(wěn)諧振腔。[0025]反饋鏡32的直徑是2a并且主鏡的直徑是2Ma或更大，其中M>1并且是諧振腔放大倍率。主鏡34的焦距是f。這是反饋鏡32的等于f/M的焦距的M倍。反射鏡32和34之間的距離是L=f(M-1)/M。[0026]圖6是具有球面凹入的反饋鏡(FB)32和球面凹入的主鏡(PRI)44的負支(negativebranch)非穩(wěn)諧振腔40。由反饋鏡32反射的光36被聚焦在焦點F上并且在從主鏡44的反射上校準以產(chǎn)生圍繞反饋鏡32的校準的環(huán)形輸出激光束48。反饋鏡和主鏡32,44共享公共的焦點F使得諧振腔40是共焦的非穩(wěn)諧振腔。主鏡44具有焦距f并且反饋鏡32具有焦距f/M，其中，M>1是非穩(wěn)諧振腔的放大倍率。反射鏡被分離L=f(M+l)/M的距離。[0027]在圖7和圖8中示出了具有圖5的1:1成像系統(tǒng)20嵌入它們中的諧振腔30和40。僅為了說明的目的并且沒有推測的限制，圖7和圖8的成像諧振腔被示出帶有具有公共焦點Fl的反饋鏡和透鏡LI以及具有公共焦點F3的主鏡當前第1頁1 2 3 4