[发明专利]一种单折叠腔轴快流CO2激光器双折反镜调节装置

说明书

技术领域

本发明专利属于快轴流CO₂激光器（也可称轴快流CO₂激光器）制造领域，特别是涉及到一种单折谐振腔串接结构的设计。

背景技术

国内从上世纪九十年代开始引进并生产轴快流CO₂激光器，其中绝大部分产品的谐振腔是单折叠腔的，即激光器谐振腔是由上下两条光路组成，中间通过一组双折反镜经过两次反射串接。然而，在设备生产调试过程中，一个经常出现的问题是上下两条光路很难准直到一条直线上（需用准直镜观察），这不仅会影响激光器的最大输出功率，而且还会使激光器放电稳定性变差，更进一步还会影响客户的使用。

发明内容

针对以上存在的问题，我们认真研究了谐振腔的结构，认为问题出在双折反镜结构上，目前所使用的结构需要较高的加工精度支撑，而这一加工精度针对国内发展历史较短的机械加工企业来说较难达到。下面我们以NEL-2000轴快流CO₂激光器为例先来分析一下目前结构的缺陷。

如图1所示，为NEL-2000轴快流CO₂激光器谐振腔的结构示意图，它由上、下两路平行的放电管组成，每路各有四根放电管，上、下两路平行的放电管通过双折反镜结构串接起来，简称单折腔。在谐振腔中每根放电管有两个端面圆，这样在光路中就有十六个端面圆，谐振腔准直时就是要使这十六个端面圆在准直望远镜（平行光管）中都成为同心圆，其中双折反镜结构的作用就是使上、下两路放电管在准直望远镜中串接成一条同心圆光通路，这也是保证出光功率和出光模式的必然要求。

知道了谐振腔准直要点，那么理想光路就很好讲了，简单地讲它就是从全反镜的镜面圆圆心处发出的一条光线通过下路四根放电管的八个端面圆圆心，经双折反镜两次反射到达上路放电管，通过上路四根放电管的八个端面圆圆心，最终从输出窗的镜面圆圆心处射出。如图2中，光路A的路径，就是理想光路，也是光路准直的目标。

图2为谐振腔光路示意图，在图2中，我们还给出了几种可能的实际光路模型。如图2a所示，与理想光路A相比，图中B、C两类光路分别是发生在下路放电管内的上、下偏差的光路，当然，也会存在其它方位偏差的光路。为分析问题方便，我们假设谐振腔架机械部件加工和装配均比较理想，只是在双折反镜结构处存在精度和装配上的误差，这样实际腔内光路就会变成了图2b的情形。

在图2b的下路放电管中，因机械部件加工和装配均比较理想，B、C光路均与A光路重复，从下折反镜开始出现偏差光路B、C，显然，下折反镜镜座部件的加工和装配精度是产生偏差光路B、C的原因。为分析方便，我们用A光路代表理想光路，并假设A、B、C三条光路在同一垂直平面（纸面）内，下面根据B光路（C光路同B光路）来分析偏差光路对上折反镜的调节能力的需求。

如图3为上折反镜局部放大图，其中图3a为上折反镜侧视图，在图3a中偏差光路B在上折反镜的反射点为N_B，要想使偏差光路B经上折反镜反射后与理想光路A重复，反射点落在光路A上是必要条件；由图3a可知，光路B与光路A相交于N_B1点，显然N_B1便是符合这一条件的理想反射点。由于N_B1的空间位置已经确定，要想光路B在N_B1点反射，移动上折反镜是唯一的选择。为保持经上折反镜反射后的光保持其原有的反射角度，必须平移上折反镜。在图3a中，我们沿镜面法线方向平移上折反镜，图3a中过N_B1点的虚线就是平移后的镜面位置，上折反镜的平移调节是改变偏差光路反射点所必须的一项调节功能。