一種相位鎖定環(huán)形腔陣列氣體激光器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光學(xué)、光學(xué)工程和激光應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及的是一種相位鎖定環(huán)形腔陣列氣體激光器。
【背景技術(shù)】
[0002]氦氖激光器是最早的原子氣體激光器，其放電管為圓形管，采用直流放電，一般情況下在0.6328 μπι波長(zhǎng)處一米長(zhǎng)放電管的輸出功率可達(dá)到50mW，放電管激活區(qū)隨管徑的平方增大，但其增益系數(shù)與管徑成反比關(guān)系，因此輸出功率與管徑幾乎無關(guān)；后來，人們采用射頻激勵(lì)或微波激勵(lì)，但并沒有提高激光增益系數(shù)；因此，為了提高輸出，通常采用增加放電管長(zhǎng)度的方法來增加激活區(qū)域體積，如果放電管太長(zhǎng)則采用折疊方式工作，當(dāng)折疊次數(shù)太多時(shí)，對(duì)其調(diào)整和各反射鏡的封貼都會(huì)提出更高的要求，一旦諧振腔鏡偏離理想位置，整個(gè)激光器件便不能正常工作；為了減小器件的長(zhǎng)度，中國凌一鳴發(fā)明了矩形放電管高功率氦氖激光器，其輸出功率較同等長(zhǎng)度的圓形管氦氖激光器提高了 40%，但一般輸出高階模，其缺點(diǎn)是每米長(zhǎng)度仍受到長(zhǎng)度限制。二氧化碳激光器是最早的分子氣體激光器，放電管為圓形管，采用直流放電，但激光器工作需要采取冷卻措施，這種激光器件一米長(zhǎng)放電管輸出40W 二氧化碳激光；為了提高輸出，采用增加放電管長(zhǎng)度來增加激活區(qū)域體積，其缺點(diǎn)與上述氦氖激光器類似；采用讓氣體在放電管內(nèi)快速流動(dòng)方式的軸快流結(jié)構(gòu)，其輸出功率顯而易見，但需要體積較大的氣體循環(huán)系統(tǒng)，并且耗氣、耗電；采用射頻激勵(lì)或微波激勵(lì)放電，但輸出功率并沒有本質(zhì)上的提高。一氧化碳激光器是繼二氧化碳激光器之后的重要分子氣體激光器，器件工作需要采取冷卻措施，在一般室溫下輸出比二氧化碳激光器低，采用水冷方式輸出與二氧化碳激光器相當(dāng)，若采用液氮冷卻可獲得高功率激光輸出，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，液氮和高純氣體消耗量非常大；采用射頻激勵(lì)或微波激勵(lì)，其激光增益系數(shù)一般不會(huì)超過直流放電激勵(lì)情況，輸出功率并沒有本質(zhì)上的提高。
[0003]為了克服上述激光器存在的缺陷，在已有的發(fā)明專利中，已提出了通過單邊折疊或雙邊折疊的方式來構(gòu)建高功率氣體激光器(發(fā)明專利名稱:大功率氣體激光器的構(gòu)建方法及裝置，申請(qǐng)?zhí)?CN200310104017 ;發(fā)明專利名稱:一種行波腔高功率二氧化碳激光器的構(gòu)建方法及裝置，申請(qǐng)?zhí)?CN201410470437)，雖然輸出功率已有顯著提高，但其相干性不能達(dá)到一定要求。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)存在缺陷，需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種相位鎖定環(huán)形腔陣列氣體激光器。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0007]—種相位鎖定環(huán)形腔陣列氣體激光器，包括第一放電管、第二放電管、第三放電管、第四放電管、第五放電管、第六放電管、第七放電管、第八放電管、第九放電管、第十放電管、第十一放電管、第十二放電管、第十三放電管、第十四放電管、第十五放電管、第十六放電管、第十七放電管，凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡、平行平面輸出鏡或平凸輸出鏡、鎖相鏡、會(huì)聚透鏡、第一儲(chǔ)氣室、第二儲(chǔ)氣室；
[0008]各個(gè)放電管兩端均密封且關(guān)于激光器對(duì)稱軸對(duì)稱放置，長(zhǎng)度均為80cm，內(nèi)徑均為12mm，外徑均為14mm;第一放電管放置在激光器對(duì)稱軸上，第二放電管、第三放電管、第四放電管、第五放電管、第六放電管、第七放電管、第八放電管和第九放電管的軸線相交于凹面全反射鏡中心；第十放電管(27)、第十一放電管、第十二放電管、第十三放電管、第十四放電管、第十五放電管、第十六放電管和第十七放電管的軸線相交于平行平面輸出鏡或平凸輸出鏡中心；
[0009]凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡、平行平面輸出鏡或平凸輸出鏡、鎖相鏡、會(huì)聚透鏡放置在激光器對(duì)稱軸上，其軸線均與激光器對(duì)稱軸重合；
[0010]凹面全反射鏡的曲率半徑為200cm，到各放電管的距離為10cm_15cm ;平行平面輸出鏡或平凸輸出鏡到各放電管的距離為10cm-15cm ;環(huán)形凹面鏡的曲率半徑為200cm，且到各放電管的距離均為10cm-15cm ；
[0011]4)第一放電管、凹面全反射鏡、平行輸出鏡構(gòu)成軸上兩鏡腔；第二放電管、第十放電管、第十四放電管、第六放電管、凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡、平行輸出鏡構(gòu)成第一環(huán)形腔；第三放電管、第十一放電管、第十五放電管、第七放電管凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡、平行輸出鏡構(gòu)成第二環(huán)形腔；第四放電管、第十二放電管、第十六放電管、第八放電管、凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡、平行輸出鏡構(gòu)成第三環(huán)形腔；第五放電管、第十三放電管、第十七放電管、第九放電管、凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡、平行輸出鏡構(gòu)成第四環(huán)形腔；
[0012]第一放電陽極、第二放電陽極、第三放電陽極、第四放電陽極、第五放電陽極、第六放電陽極、第七放電陽極、第八放電陽極、第九放電陽極分別放置在第一放電管、第二放電管、第三放電管、第四放電管、第五放電管、第六放電管、第七放電管、第Λ放電管、第九放電管端面，且到第二激光器支架的距離為5-8cm;第十放電陽極、第十一放電陽極、第十二放電陽極、第十三放電陽極、第十四放電陽極、第十五放電陽極、第十六放電陽極、第十七放電陽極、第十八放電陽極分別放置在第一放電管、第十放電管、第十一放電管、第十二放電管、第十三放電管、第十四放電管、第十五放電管、第十六放電管、第十七放電管端面，且到第三激光器支架的距離為5-8cm ;
[0013]第一放電總陰極密封連接在第一儲(chǔ)氣室上，第二放電總陰極密封連接在第二儲(chǔ)氣室上。
[0014]進(jìn)一步地，在放電管內(nèi)充入混合氣體并經(jīng)放電激勵(lì)后在諧振腔作用下輸出高功率激光；
[0015]1)當(dāng)放電管內(nèi)混合氣體為He、Ne混合氣體，且各個(gè)諧振腔鏡的反射和透射是針對(duì)波長(zhǎng)0.6328 μπι的，則輸出氦氖激光；
[0016]2)當(dāng)放電管內(nèi)混合氣體為C0、N2、He混合氣體，且各個(gè)諧振腔鏡的反射和透射是針對(duì)波長(zhǎng)5.3 μ m的，則輸出一氧化碳激光；
[0017]3)當(dāng)放電管內(nèi)混合氣體為C02、N2、He混合氣體，且各個(gè)諧振腔鏡的反射和透射是針對(duì)波長(zhǎng)10.6 μ m的，則輸出二氧化碳激光；
[0018]進(jìn)一步地，各個(gè)放電管用石英管或玻璃管制成。
[0019]進(jìn)一步地，包括第一激光器支架、第二激光器支架、第三激光器支架、第四激光器支架、第五激光器支架、第六激光器支架、第七激光器支架、第八激光器支架、第九激光器支架、第十激光器支架、第i 激光器支架；
[0020]第一放電管放置在激光器對(duì)稱軸上，第二放電管、第三放電管、第四放電管、第五放電管、第六放電管、第七放電管、第八放電管、第九放電管被第一激光器支架、第二激光器支架固定在激光器上；
[0021]第十放電管、第十一放電管、第十二放電管、第十三放電管、第十四放電管、第十五放電管、第十六放電管、第十七放電管被第三激光器支架、第四激光器支架固定在激光器上;
[0022]第一儲(chǔ)氣室通過凹面全反射鏡和第一激光器支架密封連接構(gòu)成；第二儲(chǔ)氣室通過第四激光器支架和平行輸出鏡密封連接構(gòu)成；
[0023]凹面全反射鏡和第一激光器支架放置在第五激光器支架上，第二激光器支架放置在第六激光器支架上，環(huán)形凹面鏡放置在第七激光器支架上，第三激光器支架放置在第八激光器支架上，第四激光器支架和平行平面輸出鏡或平凸輸出鏡放置在第九激光器支架上，鎖相鏡和會(huì)聚透鏡放置在第十激光器支架上，上述各個(gè)支架放置在第十一激光器支架上。
[0024]進(jìn)一步地，首先對(duì)位于激光器對(duì)稱軸上的放電管進(jìn)行放電，并在由凹面全反射鏡和平凸輸出鏡構(gòu)成的軸上兩鏡腔作用下產(chǎn)生種子激光；該種子激光從平凸輸出鏡中心輸出，然后被平凸輸出鏡曲率半徑為5cm的凸面部分反射并作為控制源從平凸輸出鏡平面部分的內(nèi)表面中心發(fā)散地注入到各個(gè)環(huán)形腔內(nèi)；或被平凸輸出鏡曲率半徑為205cm的凸面部分反射并作為控制光束從凹面全反射鏡的中心發(fā)散地注入到各個(gè)環(huán)形腔內(nèi)，注入光束應(yīng)具有較大的激光尺寸和發(fā)散角，在由凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡和平凸輸出鏡平面部分組成的諧振腔的作用下反射注入到各個(gè)環(huán)形腔放電管內(nèi)；注入光束將在環(huán)形腔內(nèi)傳輸，如果注入光束具有較強(qiáng)的強(qiáng)度，它將在環(huán)形腔內(nèi)激發(fā)相應(yīng)的模式，如果注入光束能在環(huán)形腔內(nèi)建立相應(yīng)的激光振蕩，環(huán)形腔的本征模將被注入光束所控制，并消耗各個(gè)環(huán)形腔內(nèi)的反轉(zhuǎn)粒子；然后再通過電源激勵(lì)各個(gè)環(huán)形腔內(nèi)的混合氣體并在由凹面全反射鏡、環(huán)形凹面鏡和平凸輸出鏡的平面組成的環(huán)形腔作用下產(chǎn)生共點(diǎn)的、對(duì)稱的高功率陣列激光束，其頻率和相位均與注入光束的頻率和相位保持一致；該陣列激光束從平凸輸出鏡的凸面輸出將變成平行陣列光束，然后被位于鎖相鏡后12cm處且焦距為10cm的會(huì)聚透鏡會(huì)聚后，得到一束相干性極好的高功率氦氖激光束或一氧化碳激光束或二氧化碳激光束，從而達(dá)到相位鎖定的目的。
[0025]進(jìn)一步地，首先對(duì)位于激光器對(duì)稱軸上的放電管進(jìn)行放電，并在由凹面全反射鏡和平行平面輸出鏡構(gòu)成的軸上兩鏡腔作用下產(chǎn)生種子激光；該種子激光從平行平面輸出鏡內(nèi)表面中心輸出，然后被位于輸出鏡后15cm處且第一反射面的曲率半徑為30cm第二反射面的曲率半徑為18cm的鎖相鏡的第一反射面反射，從平行平面輸出