[发明专利]自适应调节空间滤波器及大功率射频板条CO2激光器

说明书

本发明公开了一种应用于大功率射频板条CO₂激光器的自适应调节空间滤波器，属于光束整形领域；现有技术中由于滤波器参数不能调节，当光束发生变化时光束质量严重下降；本发明提供的自适应调节滤波器包括控制单元和机械单元；控制单元接收温度传感器和四象限光探测器的信号，判断光路的状态和光束质量，控制机械单元中的精密步进电机和两个高分辨率直线电机运动，改变滤波器的狭缝大小、位置和姿态；非稳方向的光束旁瓣被滤除，得到各个方向发散角近似相等且光场强度呈基模高斯分布的圆形光束，对于射频板条激光器滤波器可以快速调节到最佳位置，提高了激光器系统的稳定性，降低了激光器输出光束质量对滤波器状态的敏感性。

技术领域

本发明属于大功率激光光束整形领域，更具体地，涉及一种应用于大功率射频板条CO₂激光器的自适应调节空间滤波器。

背景技术

射频板条激光器的增益区为条状，传统的球面镜谐振腔无法提取出足够功率和高光束质量的激光输出。大功率射频板条CO₂激光器采用负支非稳-波导混合腔采用侧边耦合输出形式。由于其良好的模式鉴别能力，非稳腔适合用于高功率、大增益、大菲涅尔数与大模体积的激光器。在横向大尺寸增益区间采用非对称非稳腔设计，在侧边获得接近衍射极限的准直激光输出，而在两极板间的窄间隙方向为波导腔设计，实现腔内增益介质体积与波导腔的最低阶模的良好匹配，从而获得高效率、高光束质量的激光振荡。

射频板条激光器采用非稳-波导混合腔，使得激光器近场输出光斑在平行于电极平面的方向近似为多峰状分布。而在远场，光束在垂直于电极平面的方向将发散很大，远场光斑成长条形状。在光束整形前，输出光束整为长条形分布的简单象散光束，初始光束非稳方向上的光束半径大于波导方向上的光束半径，非稳方向光束发散角远小于波导方向光束发散角，且非稳方向上的光强分布带有大量的高空间频率振荡。这样的输出光束是不能够直接应用的，必须进行光束整形。

整形系统基本结构为光腔侧边输出光束经90°转折后透过箱体壁上的金刚石窗口，再转折射到一个球面尾镜进行第一次会聚。经球面尾镜聚焦后，光束穿过一个空间滤波器，将影响光束质量的旁瓣过滤掉，然后投射到柱面镜进行第二次会聚，最后由一片球面镜反射输出，获得近似基模光束的激光光斑。

目前空间滤波器普遍采用固定位置、固定大小和固定姿态的滤波器，由于滤波器狭缝的位置必须使得波导光束和非稳光束主瓣完全通过；而狭缝的大小必须准确对应非稳光束的主瓣宽度，将旁瓣反射出光路，狭缝方向对准光束的波导方向，使波导方向的光束完全通过。但是由于光路中其他原件的装配存在误差，实际光束的光轴不一定通过空间滤波器或者聚焦光斑大小发生变化甚至波导方向与狭缝方向不一致，当光束中心偏离狭缝会导致没有出光，光斑大于狭缝宽度则出光效率太低，光斑小于狭缝宽度则没有滤波效果，波导方向偏离狭缝可能导致新的旁瓣产生。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服大功率射频板条激光器光束整形系统中的缺陷，提供一种自动滤波除旁瓣的装置，得到各个方向发散角近似相等且光场强度呈基模高斯分布的圆形光束。