一种免调试环形激光器谐振腔的制作方法

1.本发明涉及激光器技术领域，具体涉及一种可提高激光器光束质量的免调试环形激光器谐振腔。


背景技术：

2.在固体激光器中，为了提高激光的光束质量或者实现单纵模激光输出，通常需要采用环形谐振腔技术。但是，环形激光器谐振腔光路调试过程复杂，对调试人员调试水平要求极高。
3.目前，环形激光器谐振腔有很多形式，包括3腔镜谐振腔、4腔镜谐振腔、5腔镜谐振腔等。如图1所示，以4腔镜谐振腔为例，在现有的四腔镜环形激光器谐振腔调试过程中，每个光学调试人员都有自己的调试方法，但所有调试方法都需要一个或者两个氦氖激光器作为指示光，然后根据指示光的指引，逐一对准每一个腔镜的俯仰和方位角度。这一过程虽然有指示光作为指引，但调试仍然存在偏差，最终还需要根据激光的出光情况再次微调腔镜。因此，四镜或三镜或五镜的环形激光器谐振腔调试过程复杂，调试难度大，对光学人员调试水平有很高的要求，并且调试周期长，不利于环形腔激光器的应用及批量化生产。
4.另一方面，如图1所示，在现有的环形激光器谐振腔中，谐振腔镜架2与光学底座1通过螺钉安装固定，激光器在强振动、高低温冲击或其它极端恶劣环境下，镜架角度会发生微小的变化，继而导致谐振腔失调，激光输出功率下降。


技术实现要素：

5.基于现有多腔镜环形激光器谐振腔易失调且光路调试过程复杂，调试难度大、周期长的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种将谐振腔镜架与光学底座一体设置，并通过在谐振腔光路上设置具有特定角度的光楔对实现光路调整的免调试环形激光器谐振腔。
6.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种免调试环形激光器谐振腔，包括光学底座、m个用于形成环形谐振腔的腔镜，所述腔镜分别安装于谐振腔镜架上，m个所述谐振腔镜架与所述光学底座一体设置，由m个所述腔镜形成的谐振腔光路上设有用于将光路矫正至闭合光腔的光楔对，所述光楔对的楔角为α，
[0007][0008]
其中，m≥3；n为光楔折射率；θ为相邻腔镜之间的安装角度偏差。
[0009]
上述方案中，m取值为3，三个用于形成环形谐振腔的腔镜分别位于正三边形的三个顶角上，任意相邻两个所述腔镜之间的夹角为60
°
，所述安装角度偏差θ为相邻两个所述腔镜之间的实际安装角度与60
°
的差值。
[0010]
上述方案中，m取值为4，四个用于形成环形谐振腔的腔镜分别位于正四边形的四个顶角上，任意相邻两个所述腔镜之间的夹角为90
°
，所述安装角度偏差θ为相邻两个所述
腔镜之间的实际安装角度与90
°
的差值。
[0011]
作为优选，四个所述腔镜分别设置于四个谐振腔镜架上，四个所述谐振腔镜架中两两一体设置。
[0012]
上述方案中，m取值为5，五个用于形成环形谐振腔的腔镜分别位于正五边形的五个顶角上，任意相邻两个所述腔镜之间的夹角为108
°
，所述安装角度偏差θ为相邻两个所述腔镜之间的实际安装角度与108
°
的差值。
[0013]
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0014]
1、本发明所述的免调试环形激光器谐振腔通过将谐振腔镜架与光学底座一体设置，并通过在谐振腔光路上设置光楔对调整光路至闭合光腔，与现有的环形激光器谐振腔相比，不需要外部指示光辅助调整光路，也不需要反复调整谐振腔镜架进行光路调试，继而大大降低了调试复杂度，提高了调试效率，在实际应用过程中，只需旋转光楔对，根据激光器的输出功率，即可判断调整后的谐振腔是否具有闭合光腔。
[0015]
2、本发明所述的免调试环形激光器谐振腔在实际应用过程中只需根据相邻腔镜之间的安装角度偏差θ，选定光楔角α大于等于的光楔对，在调试过程中，通过旋转光楔对即可避免由相邻腔镜之间的安装误差所引入的光路失谐问题。
[0016]
3、本发明所述的免调试环形激光器谐振腔通过将谐振腔镜架与光学底座一体设置，可以有效提高谐振腔抗冲击，抗振动的性能，并提高激光器在极端环境下的适应能力。
附图说明
[0017]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]
图1为现有的四腔镜环形激光器谐振腔的结构示意图。
[0019]
图2为本发明实施例2所述免调试环形激光器谐振腔立体结构示意图。
[0020]
图3为本发明实施例所述光楔对结构示意图。
[0021]
图4为本发明实施例1、2所述免调试环形激光器谐振腔在理想状态下的光路图。
[0022]
图5为本发明实施例1、2所述免调试环形激光器谐振腔腔镜之间存在安装角度偏差情况下的光路图。
[0023]
图6为本发明实施例3所述的三腔镜环形激光器谐振腔的光路原理图。
[0024]
图7为本发明实施例4所述的五腔镜环形激光器谐振腔的光路原理图。
[0025]
标号说明：1、光学底座；2、谐振腔镜架；31、第一腔镜；32、第二腔镜；33、第三腔镜；34、第四腔镜；35、第五腔镜；4、光楔组件；41、光楔对。
具体实施方式
[0026]
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
[0027]
实施例1：
[0028]
以四腔镜为例：
[0029]
如图2所示，一种免调试环形激光器谐振腔，包括四个腔镜，分别为第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34，所述第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34分别位于正四边形的四个顶角上，所述第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34分别安装于谐振腔镜架2上，四个所述谐振腔镜架2与光学底座1一体设置，四个所述谐振腔腔镜中，任意相邻的两个腔镜之间的夹角为90
°
，所述四个腔镜所形成的谐振腔光路上设有用于将光路矫正至闭合光腔的光楔对41，所述光楔对41的楔角为α，
[0030][0031]
其中：n为光楔折射率，θ为四个腔镜中，相邻两个腔镜之间的实际安装夹角与90
°
的差值。
[0032]
本实施例1所述的免调试环形激光器谐振腔的设计原理如下：
[0033]
如图4所示，在本实施例1所述的环形激光器谐振腔中，当任意相邻的两个腔镜之间的夹角与90
°
一致，即：不存在安装角度误差时，谐振腔光路如图4所示，入射光线a依次经过第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34反射后，又沿与a同向的方向传输，形成闭合光腔。
[0034]
但是，在实际加工过程中，相邻两个腔镜在进行安装时，其夹角往往与90
°
存在一定的偏差，如图5所示，实际安装后相邻腔镜间夹角为90
°
θ，经推算入射光线a依次经过第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34反射后，与入射光线夹角为16θ。
[0035]
因此，为了得到一个闭合光路，需要对谐振腔光路进行调整。
[0036]
在此基础上，本实施例1在第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34所形成的谐振腔光路上设置一个用于矫正光路的光楔对41。如图3所示，所述光楔对41的楔角为α，光楔对最大可以矫正角度δ＝2(n-1)α。因此，当δ≥16θ，即α≥8θ/(n-1)时能够实现光路矫正。
[0037]
本实施例1所述的免调试环形激光器谐振腔，在实际应用过程中操作过程如下：首先，需要确定相邻腔镜之间的安装角度偏差θ，再根据对应的角度偏差选择光楔角大于等于8θ/(n-1)的光楔对41，在调试过程中，通过旋转光楔对41调整谐振腔光路为闭合光腔，以避免由于相邻腔镜之间的安装误差所引入的光路失谐。
[0038]
实施例2：如图2至5所示，一种免调试环形激光器谐振腔，与实施例1的区别在于，四个所述谐振腔镜架2中两两一体设置，所述光楔对41设置于光楔组件4内部，所述光楔组件4安装于光学底座1上。
[0039]
实施例3：
[0040]
以三腔镜为例
[0041]
如图6所示，一种免调试环形激光器谐振腔，包括三个用于形成环形谐振腔的腔镜，分别为第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33，所述第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33分别位于正三边形的三个顶角上，所述第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33分别安装于谐振腔镜架2上，三个所述谐振腔镜架2与光学底座1一体设置，三个所述腔镜中，任意相邻的两个腔镜之间的夹角为60
°
，所述三个腔镜所形成的谐振腔光路上设有用于将光路矫正至闭合光腔的光楔对41，所述光楔对41的楔角为α，
[0042][0043]
其中：n为光楔折射率，θ为三个腔镜中，相邻两个腔镜之间的实际安装夹角与60
°
的差值。
[0044]
具体地，m取值为3，所述光楔对41的楔角为α≥4θ/(n-1)，谐振腔光路原理如图6所示。
[0045]
实施例4：
[0046]
以五腔镜为例
[0047]
一种免调试环形激光器谐振腔，包括五个用于形成环形谐振腔的腔镜，分别为第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34、第五腔镜35，所述第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34、第五腔镜35分别位于正五边形的五个顶角上，所述第一腔镜31、第二腔镜32、第三腔镜33、第四腔镜34、第五腔镜35分别安装于谐振腔镜架2上，五个所述谐振腔镜架2与光学底座1一体设置，五个所述腔镜中，任意相邻的两个腔镜之间的夹角为108
°
，所述五个腔镜所形成的谐振腔光路上设有用于将光路矫正至闭合光腔的光楔对41，所述光楔对41的楔角为α，
[0048][0049]
其中：n为光楔折射率，θ为五个腔镜中，相邻两个腔镜之间的实际安装夹角与108
°
的差值。
[0050]
具体地，m取值为5，所述光楔对41的楔角为α≥16θ/(n-1)，谐振腔光路原理如图7所示。
[0051]
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。