[发明专利]双棒串接的基模动态稳定非对称激光谐振腔及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双棒串接的基模动态稳定非对称激光谐振腔的装置及设计方法。

背景技术

传统的固体激光器由于受到热效应的影响，要获得高光束质量的基模输出，需要在谐振腔内加入小孔光阑，从而限制了输出功率的提高。虽然可以通过设计基模动态稳定腔来增加基模体积，但是输出功率的进一步提高又受到热致双折射效应的限制，对于单棒的Nd:YAG激光器而言，在闪光灯连续抽运的条件下，所能获得的基模最高输出功率为20W左右。

为了获得更高功率的激光输出，人们采用了双棒在谐振腔内串接的方法，并在中间加入望远镜系统和石英旋光器来补偿热致双折射效应，并通过谐振腔的设计来提高基模的输出功率。但是目前文献中报道的谐振腔的设计都是对称的，这样会带来腔镜失调灵敏度的增加和激光器机械稳定性的降低，不利于在实际中应用。

本发明给出了一种获得大功率基模输出的激光谐振腔设计，腔内也使用双棒串接补偿热致双折射效应，但是谐振腔的设计采用非对称的结构，使得谐振腔既可以获得大功率的基模输出，同时又具有较高的机械稳定性。这种设计中不需要加工特殊的光学元件，使用商用的光学元件就可以实现，并且可以方便的控制谐振腔的长度，设计出结构紧凑的激光谐振腔。

发明内容

本发明的目的是提供一种双棒串接的基模动态稳定非对称激光谐振腔的装置及方法。使用这种装置和方法可以获得大功率的基模输出，同时谐振腔又具有较高的机械稳定性。

双棒串接的基模动态稳定非对称激光谐振腔是在同一光轴上依次放置有输出镜、偏振片、第一透镜、第一Nd:YAG激光晶体、90°石英旋光器、第二透镜、第三透镜、第二Nd:YAG激光晶体、后反镜。

所述的输出镜与第一透镜之间的距离为200-400mm。第一透镜与第一Nd:YAG激光晶体的热透镜前主平面之间的距离为100-400mm。第二透镜、第三透镜的焦距f为100-300mm，第二透镜与第三透镜之间的距离为2f，第一Nd:YAG激光晶体的热透镜后主平面与第二Nd:YAG激光晶体的热透镜前主平面之间的距离为4f。第二Nd:YAG激光晶体的热透镜后主平面与后反镜之间的距离为200-600mm。

双棒串接的基模动态稳定非对称激光谐振腔的设计方法包括如下步骤：

1)谐振腔的输出镜的反射率为50％～90％，后反镜为全反射镜。

2)在谐振腔内插入偏振片、第二透镜、第三透镜，使得退偏激光功率和输出激光功率之比降为最小值，以达到双折射补偿的最佳效果；

3)在谐振腔内加入第一透镜，输出镜与第一透镜之间的距离为：d1=[r02π/(8λ)-Δ1]f1r02π/(8λ)-Δ1+f1,]]>其中r₀是Nd:YAG激光晶体的半径，λ是激光波长，Δ₁是第一透镜与第一Nd:YAG激光晶体的热透镜前主平面之间的距离，f₁是第一透镜的焦距；