[发明专利]大功率气体激光器

说明书

本发明是一种新型结构的大功率气体激光器，属于激光技术领域。

现有的气体激光器通常由激光电源、激光管和相应的外包装组成，其中激光管由放电管和激光谐振腔构成，放电管的放电空间限于一根放电管内部，放电空间通常呈圆柱体形，就基模而言，形成的激光光斑是实心园截面光束。激光器的输出功率通常与放电空间的横向圆截面尺寸及轴向长度有关，根据放电均匀性及激光形成机制的要求，激光管横向尺寸受到一定的限制，因此不可能通过增加圆截面的横向尺寸来大幅度提高激光器的输出功率，增加放电管长度来提高激光器的输出功率，受到加工工艺、运输和使用方便等因数的限制。

本发明是针对现有技术的不足，提供一种在相同放电管长度下提高激光器输出功率的新型结构激光器，它适用医疗、舞台灯光、激光装璜等要求大功率激光输出的领域。

本发明在增加放电管横向尺寸的情况下较大地增加放电管横截面积以提高激光输出功率，它由激光电源、激光管和外包装组成，其特点是激光管的放电空间是由两个同轴圆柱面构成，形成一个圆筒形放电空间，激光输出光束的横截面为园环截面或不完整的园环截面。这种结构可以通过调节两个圆柱面之间的距离，保证实现产生激光所必要的条件，同时又可以通过调节圆筒形放电空间的直径来增加放电空间的体积，从而提高激光器的输出功率。

本发明与现有技术相比，具有体积小、功率大、性能稳定等特点，例如用本发明制作的氦氖激光器，可以大幅度地提高激光器的输出功率，激光输出光束具有园环形截面或不完整园环形截面，可以适用于激光医疗、激光舞台艺术、激光装璜以及某些激光光束截面没有特殊要求的领域。激光器呈圆对称形状，结构紧凑，性能稳定，工艺简单，环形放电电极有利于放电空间均匀放电，并使放电管更加稳定。通过合理设计激光器谐振腔结构，可以实现稳定的激光输出。放电空间的内层圆管或圆棒与外层之间采用支撑式过渡封接结构，可以避免热膨胀不一致所产生的不利影响，选用硬度高的材料制作内层圆管或圆棒，有利于制成功率更大的激光器。

图1为本发明的结构示意图;图2为激光器光束截面光斑示意图，阴影部分为激光光束区域，其中（2a）为环形激光光束截面示意图，（2b）为对称的不完整的环形激光光束截面示意图，（2c）为非对称的不完整的环形激光光束截面示意图，（2d）常规圆激光光束截面示意图;图3为激光器谐振腔镜片和结构示意图，其中（3a）为各种结构的谐振腔反射镜片，（3b）为常见的一种谐振腔结构;图4为激光器的半外腔和外腔结构示意图，其中（4a）为半外腔或外腔结构的布氏窗示意图，（4b）为半外腔或外腔结构示意图;图5为内层圆管和激光镜片的过渡封接结构示意图。

本发明可按附图所示的方案实施。例如一种大功率氦氖激光器，由激光电源、包装外壳和激光管组成。激光电源和包装外壳可采用常规的激光器方案，激光管可采用图1所示的结构，由谐振腔反射镜（1）、外层圆管壳（2）、内层圆管或圆棒（3）、金属环状或筒状阳极（4）和金属环状或筒状阴极（5）构成。外层圆管壳（2）可以采用常规工艺，用硬料玻璃烧结而成;内层圆管或圆棒（3）（图中以实心圆棒为例）可采用硬料玻璃（一般适用于长度较短的激光器）或者硬度较高的石英材料等（一般适用于长度较长的激光器）制成;金属筒状阴极（5）可采用常规激光器的圆对称铝筒;金属环状阳极（4）采用圆对称结构，可通过磨光钨杆高温绕制而成，也可以采用金属环状片制成;也可采用筒状结构如金属铝筒制成;电极与玻璃的封接可采用常规激光器的加工方法;激光谐振腔反射镜（1）可通过光学冷加工和镀膜方式实现，镜片中心有孔，多层激光反射膜在环状基底上淀积，可形成不同的曲率结构、不同反射率要求的谐振腔反射镜片。图3中的（3a）为不同结构的组成谐振腔的反射镜片种类，φ₃为镜片直径，R₁R₁和R₂为镜片的曲率半径，φ₂为两曲率中心之间的距离，φ₁为孔径，（3b）为常见的一种激光反射镜片构成的激光谐振腔。激光谐振腔除了采用内腔结构外，还可采用图4所示的半外腔或全外腔的结构，（4a）所示的半外腔或全外腔的布氏窗，代替原来的反射镜片封接在激光管的一端，（4b）是半外腔或全外腔结构的示意图，（6）为布氏窗片，（7）为谐振腔反射镜片。激光管采用内层圆管结构时，可采用如图5所示的结构，采用不同材料的过渡接头（8）连接反射镜片（1）和内层圆管（9），过渡支撑接头（8）与反射镜片（1）之间采用常规激光器的封接方法，（10）为封接处。（11）为滑动摩擦支撑处，它与内层圆管（9）之间采用点或面支撑的滑动摩擦连接。激光光束横截面光斑如图2所示，阴影部分为激光光束区域，除了（2a）所示的环形截面结构以外，也可以是（2b）所示的对称的不完全性环形截面结构，还可以是（2c）所示的非对称的不完全性环形截面结构。