激光器諧振腔
閱讀：756發(fā)布：2020-05-13
專利匯可以提供激光器諧振腔專利檢索，專利查詢，專利分析的服務(wù)。并且本 發(fā)明 適用于激光技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種 激光器 諧振腔 ，旨在解決 現(xiàn)有技術(shù) 中激光器諧振腔偏振無法消除的問題。該激光器諧振腔包括沿 激光束 的光路依次順序連接且分布于不同平面的尾鏡、第一折反鏡、第二折反鏡、第三折反鏡、第四折反鏡以及輸出鏡，第一平面與第二平面相互垂直；光路在第一平面和在第二平面上被折疊的次數(shù)相同，相鄰兩個(gè)光路相互垂直。激光器諧振腔內(nèi)光路中的s偏振和p偏振具有相同的反射率，通過將激光束在第一平面和第二平面內(nèi)的光路被折疊的次數(shù)相同，消除了同一平面內(nèi)折反鏡對激光束的偏振影響。，下面是激光器諧振腔專利的具體信息內(nèi)容。
1.一種激光器諧振腔，其特征在于，包括沿激光束的光路依次順序連接且分布于不同平面的尾鏡、第一折反鏡、第二折反鏡、第三折反鏡、第四折反鏡以及輸出鏡，所述尾鏡、所述第一折反鏡、所述第二折反鏡和所述第三折反鏡位于第一平面上，所述第二折反鏡、所述第三折反鏡、所述第四折反鏡和所述輸出鏡位于第二平面上，所述第一平面與所述第二平面相互垂直；所述光路在所述第一平面上的所述尾鏡、所述第一折反鏡、所述第二折反鏡和所述第三折反鏡之間的被折疊次數(shù)和在所述第二平面上的所述第二折反鏡、所述第三折反鏡、所述第四折反鏡和所述輸出鏡之間的被折疊次數(shù)相同，相鄰兩個(gè)光路相互垂直；
所述第一折反鏡、所述第二折反鏡、所述第三折反鏡和所述第四折反鏡為相同的折返鏡，所述尾鏡、所述第一折反鏡、所述第二折反鏡、所述第三折反鏡和所述第四折反鏡為全反射鏡，所述輸出鏡為半透半反鏡；
所述全反射鏡為高反射率的偏振元件；
所述高反射率的偏振元件為具有偏振選擇性膜的高反射鏡或者光柵；
所述激光束的s偏振和p偏振在所述光路上相互垂直且均垂直于所述光路；
所述激光束在所述光路中的反射率差為零。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器諧振腔，其特征在于，位于所述第一平面內(nèi)的所述第一折反鏡、所述第二折反鏡和所述第三折反鏡的反射平面與所述第一平面平行，位于所述第二平面內(nèi)的所述第二折反鏡、所述第三折反鏡和所述第四折反鏡的反射平面與所述第二平面平行。
激光器諧振腔
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于激光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光器諧振腔。
背景技術(shù)
[0002] 工業(yè)用大功率軸快流CO2激光器產(chǎn)生于上世紀(jì)八十年代，近十幾年來技術(shù)不斷改進(jìn)并逐漸趨于成熟，輸出功率主要集中在1KW～10KW之間，應(yīng)用于金屬板材的切割和焊接。
[0003] 大功率軸快流CO2激光器為了提高輸出功率，通常增加有效激勵(lì)長度來增加諧振腔的輸出功率。為了避免空間體積過大，通常使用折返鏡組成的折疊諧振腔來壓縮空間體積。由于折返鏡在諧振腔中通常使得入射光和反射光夾角為90°，滿足布儒斯特窗口條件，經(jīng)折返鏡反射后的反射光，大部分的偏振方向垂直于反射面，即P偏振光。具體情況參考圖1。由于激光在諧振腔內(nèi)往返震蕩時(shí)，最終S偏振光得到抑制，輸出的線偏振光為P偏正光，偏振的方向取決于諧振腔折返鏡的空間結(jié)構(gòu)布局。
[0004] 由于切割時(shí)金屬板材在x和y方向?qū)€偏振光的吸收率不同，導(dǎo)致切縫在這兩個(gè)方向上寬度不一致，嚴(yán)重影響切割質(zhì)量。而對于圓偏振光來說，材料對其在各個(gè)方向上的吸收率是相同的，因此各個(gè)方向的切割效果也是一樣的。所以為保證切割質(zhì)量，在激光切割設(shè)備中均采用圓偏振光。通常的辦法是在激光輸出的光路上，加上一個(gè)圓偏鏡片將線偏振光轉(zhuǎn)換為圓偏振光。
[0005] 和圓偏振光相比，徑向偏振光具有各向異性特點(diǎn)，能更好地被材料吸收，因此近幾年來成為在激光切割領(lǐng)域不斷嘗試的熱點(diǎn)。一種較為有效的產(chǎn)生徑向偏振的方法是采用衍射光柵鏡作為激光器尾鏡。由于衍射光柵鏡對徑向和角向偏振具有選擇吸收性，對徑向偏振為全反射，對角向偏振具有一定的吸收，因此徑向偏振得到放大，角向偏振被抑制。這就是衍射光柵鏡產(chǎn)生徑向偏振光的機(jī)制。
[0006] 但是這種衍射光柵鏡不能直接在傳統(tǒng)的工業(yè)用大功率CO2激光器中產(chǎn)生穩(wěn)定的徑向偏振光。這是因?yàn)榇蠊β蔆O2激光器諧振腔中的偏振機(jī)制與衍射光柵鏡的偏振機(jī)制相互沖突。折疊諧振腔由于折返鏡的存在，產(chǎn)生的偏振光為線偏振光，而衍射光柵鏡則產(chǎn)生徑向偏振光，兩種偏振態(tài)不相同。如果把產(chǎn)生徑向偏振光的衍射光柵簡單應(yīng)用于傳統(tǒng)CO2激光器折疊諧振腔中，由于兩種偏振機(jī)制同時(shí)起作用，相互影響，最終輸出的偏振態(tài)將是不穩(wěn)定的，雜亂的。
[0007] 因此，在大功率CO2激光器的折疊諧振腔中解決偏振狀態(tài)不穩(wěn)定的問題，是將徑向偏振光柵應(yīng)用到激光切割方面必須面對的一個(gè)問題。
發(fā)明內(nèi)容
[0008] 本發(fā)明的目的在于提供一種激光器諧振腔，通過在諧振腔內(nèi)設(shè)置折反鏡以消除線偏振光，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中激光器諧振腔偏振無法消除的問題。
[0009] 本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種激光器諧振腔包括沿激光束的光路依次順序連接且分布于不同平面的尾鏡、第一折反鏡、第二折反鏡、第三折反鏡、第四折反鏡以及輸出鏡。所述尾鏡、所述第一折反鏡、所述第二折反鏡和所述第三折反鏡位于第一平面上。所述第二折反鏡、所述第三折反鏡、所述第四折反鏡和所述輸出鏡位于第二平面上。所述第一平面與所述第二平面相互垂直；所述光路在所述第一平面上的所述尾鏡、所述第一折反鏡、所述第二折反鏡和所述第三折反鏡之間的被折疊次數(shù)和在所述第二平面上的所述第二折反鏡、所述第三折反鏡、所述第四折反鏡和所述輸出鏡之間的被折疊次數(shù)相同，相鄰兩個(gè)光路相互垂直。
[0010] 進(jìn)一步地，位于所述第一平面內(nèi)的所述第一折反鏡、所述第二折反鏡和所述第三折反鏡的反射平面與所述第一平面平行，位于所述第二平面內(nèi)的所述第二折反鏡、所述三折反鏡和所述第四折反鏡的反射平面與所述第二平面平行。
[0011] 進(jìn)一步地，所述激光束的s偏振和p偏振在所述光路上相互垂直且均垂直于所述光路。
[0012] 進(jìn)一步地，所述尾鏡、所述第一折反鏡、所述第二折反鏡、所述第三折反鏡和所述第四折反鏡為全反射鏡，所述輸出鏡為半透半反鏡。
[0013] 進(jìn)一步地，所述全反射鏡為高反射率的偏振元件、平面鏡、凹面鏡或其他復(fù)曲面鏡。
[0014] 進(jìn)一步地，所述高反射率的偏振元件為具有偏振選擇性膜的高反射鏡或者光柵。
[0015] 本發(fā)明的激光器諧振腔通過相互垂直的第一平面和第二平面，并且所采用的第一折反鏡、第二折反鏡、第三折反鏡和第四折反鏡為相同的折反鏡，保證了激光器諧振腔內(nèi)光路中的s偏振和p偏振具有相同的反射率，通過將激光束在第一平面和第二平面內(nèi)的光路被折疊的次數(shù)相同，消除了同一平面內(nèi)折反鏡對激光束的偏振影響。附圖說明
[0016] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的折反鏡的反射示意圖。
[0017] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)提供的激光器諧振腔的光路俯視圖，所有光路均分布在同一個(gè)平面內(nèi)。
[0018] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的激光器諧振腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 圖4是圖3中第一平面和第二平面上的偏振分布示意圖。
具體實(shí)施方式
[0020] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021] 請參照圖3和圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供的激光器諧振腔1包括沿激光束的光路3依次順序連接且分布于不同平面的尾鏡10、第一折反鏡11、第二折反鏡12、第三折反鏡13、第四折反鏡14以及輸出鏡15，所述尾鏡10、所述第一折反鏡11、所述第二折反鏡12和所述第三折反鏡13位于第一平面100上，所述第二折反鏡12、所述第三折反鏡13、所述第四折反鏡14和所述輸出鏡15位于第二平面200上，所述第一平面100與所述第二平面200相互垂直；所述光路3在所述第一平面100上的所述尾鏡10、所述第一折反鏡11、所述第二折反鏡12和所述第三折反鏡13之間的被折疊次數(shù)和在所述第二平面200上的所述第二折反鏡12、所述第三折反鏡13、所述第四折反鏡14和所述輸出鏡15之間的被折疊次數(shù)相同，相鄰兩個(gè)光路3相互垂直?？梢岳斫獾?，激光束依次經(jīng)過尾鏡10、第一折反鏡11、第二折反鏡12、第三折反鏡13、第四折反鏡14和輸出鏡15，所形成的光路3包括第一光路30、第二光路31、第三光路32、第四光路33和第五光路34，具體地，所述第一光路30位于尾鏡10與第一折反鏡11之間，第二光路31位于第一折反鏡11與第二折反鏡12之間，第三光路32位于第二折反鏡12與第三折反鏡13之間，第四光路33位于第三折反鏡13與第四折反鏡14之間，第五光路34位于第四折反鏡14與輸出鏡15之間，所述第一光路30、所述第二光路31和所述第三光路32位于第一平面100內(nèi)，所述第三光路32、所述第四光路33和所述第五光路34位于第二平面200內(nèi)。
[0022] 當(dāng)激光束在第一平面100內(nèi)時(shí)，每一次反射過程都只對垂直于第一平面100內(nèi)的s偏振具有大的反射率，而對平行于第一平面100和激光束傳播方向的p偏振具有小的反射率，同樣地，當(dāng)激光束在第二平面200內(nèi)時(shí)，每一次反射過程都只對垂直于第二平面200內(nèi)的s偏振具有大的反射率，而對平行于第二平面200和激光束傳播方向的p偏振具有小的反射率。由于第一平面100和第二平面200相互垂直，因此，在第二平面200中，第一平面100內(nèi)的s偏振為第二平面200的p偏振，第一平面100的p偏振為第二平面200的s偏振，在此將同一個(gè)偏振方向的激光束做統(tǒng)一標(biāo)記，即第一平面100內(nèi)的s偏振和第二平面200內(nèi)的p偏振標(biāo)記為a偏振，第一平面100內(nèi)的p偏振和第二平面200內(nèi)的s偏振標(biāo)記為b偏振，a偏振和b偏振的偏振方向相互垂直。雖然在第二平面200中s偏振具有大的反射率，p偏振具有小的反射率，但是實(shí)際剛好與第一平面100中的情況相反。即在第一平面100中具有大反射率的a偏振或者b偏振，在第二平面200內(nèi)卻只有小反射率的a偏振或者b偏振；在第一平面100內(nèi)具有小反射率的a偏振或者b偏振，在第二平面200內(nèi)卻只有大反射率的a偏振或者b偏振。另外，采用的第一折反鏡11、第二折反鏡12、第三折反鏡13和第四折反鏡14為相同的折反鏡，這樣，兩個(gè)相互正交的a偏振和b偏振在激光器諧振腔1內(nèi)具有了相同的反射率，從而消除了各折反鏡反射率差異和模式競爭效應(yīng)共同引起的偏振效應(yīng)，達(dá)到了均勻消偏振的目的。
[0023] 請參照圖3和圖4，本發(fā)明實(shí)施例提供的激光器諧振腔1通過相互垂直的第一平面100和第二平面200，并且所采用的第一折反鏡11、第二折反鏡12、第三折反鏡13和第四折反鏡14為相同的折反鏡，保證了激光器諧振腔1內(nèi)光路3中的a偏振和b偏振具有相同的反射率，通過將激光束在第一平面100和第二平面200內(nèi)的光路3被折疊的次數(shù)相同，消除了同一平面內(nèi)折反鏡對激光束的偏振影響。與此同時(shí)，也增加了激光器諧振腔1的長度，有利于提高激光束的質(zhì)量和增強(qiáng)激光強(qiáng)度。
[0024] 請參照圖3和圖4，進(jìn)一步地，位于所述第一平面100內(nèi)的所述第一折反鏡11、所述第二折反鏡12和所述第三折反鏡13的反射平面與所述第一平面100平行，位于所述第二平面200內(nèi)的所述第二折反鏡12、所述三折反鏡和所述第四折反鏡14的反射平面與所述第二平面200平行?？梢岳斫獾?，所述第一折反鏡11與第一光路30在第一平面100內(nèi)形成的入射平面為第一平面100，第二折反鏡12與第二光路31在第一平面100內(nèi)形成的入射平面為第一平面100，第三折反鏡13與第三光路32在第二平面200內(nèi)形成的入射平面為第二平面200，第四折反鏡14與第四光路33在第二平面200內(nèi)形成的入射平面為第二平面200。
[0025] 請參照圖3和圖4，進(jìn)一步地，所述激光束的s偏振和p偏振在所述光路3上相互垂直且均垂直于所述光路3。具體地，所述激光束的s偏振和p偏振在第一光路30上相互垂直且均垂直于第一光路30，在第二光路31上相互垂直且垂直于第二光路31，在第三光路32上相互垂直且垂直于第三光路32，在第四光路33上相互垂直且垂直于第四光路33以及在第五光路34上相互垂直且垂直于第四光路33。激光束在各光路3的反射過程中，所引起的反射率差為ΔR=ΔR1+ΔR2+ΔR3+ΔR4+ΔR5，其中，ΔR1、ΔR2、ΔR3、ΔR4和ΔR5分別為激光束在第一光路30、第二光路31、第三光路32、第四光路33和第五光路34上的反射率。由于第一平面100與第二平面200相互垂直，且激光束在各光路3中的s偏振和p偏振的反射率相同，并且激光束的光路3在第一平面100內(nèi)被折疊了三次以及在第二平面200內(nèi)也被折疊了三次，這樣使得激光束在整個(gè)光路3中的反射率差ΔR=0，從而使激光器諧振腔1均勻消偏振。
[0026] 請參照圖3和圖4，所述尾鏡10、所述第一折反鏡11、所述第二折反鏡12、所述第三折反鏡13和所述第四折反鏡14為全反射鏡，所述輸出鏡15為半透半反鏡?？梢岳斫獾?，所述激光束入射至尾鏡10并由尾鏡10將激光束完全反射至第一折反鏡11，由第一折反鏡11將尾鏡10反射的激光束完全反射至第二折反鏡12，由第二折反鏡12將第一折反鏡11反射的激光束完全反射至第三折反鏡13，由第三折反鏡13將第二折反鏡12反射的激光束完全反射至第四折反鏡14，由第四折反鏡14將第三折反鏡13反射的激光束完全反射至輸出鏡15，并由輸出鏡15將激光進(jìn)行反射和透射，第一折反鏡11、第二折反鏡12、第三折反鏡13和第四折反鏡14為相同的全反射鏡，在光路3中相互正交的s偏振和p偏振具有相同的反射率，從而消除了各折反鏡的反射率差異和模式競爭效應(yīng)共同引起的偏振效應(yīng)，到達(dá)了均勻消偏振的目的。
優(yōu)選地，所述全折反鏡為高反射率的偏振元件、平面鏡、凹面鏡或其他復(fù)曲面鏡?？蛇x地，所述高反射率的偏振元件為具有偏振選擇性膜的高折反鏡或者光柵。
優(yōu)選地，所述全折反鏡為高反射率的偏振元件、平面鏡、凹面鏡或其他復(fù)曲面鏡?？蛇x地，所述高反射率的偏振元件為具有偏振選擇性膜的高折反鏡或者光柵。
[0027] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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