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相位共轭激光谐振腔

阅读：144发布：2021-02-22

IPRDB可以提供相位共轭激光谐振腔专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种相位共轭激光谐振腔，由平面镜和相位共轭镜组成的激光谐振腔内近所述的平面镜置有增益介质，所述的相位共轭镜是透射式相位板与凹球面镜的组合，透射式相位板为一阶二元光学元件，即一块中心对称的光学圆平板上具有圆环的光学元件。本发明通过腔内光束整形，使得近似平顶高斯分布激光束直接作为空腔的输出模式，较大的模体积使得激光器或激光放大器提取效率大大提高。，下面是相位共轭激光谐振腔专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种相位共轭激光谐振腔，特征在于由平面镜（1）和相位共轭镜（2）组成的激光谐振腔内近所述的平面镜（1）置有增益介质（3），所述的相位共轭镜（2）是透射式相位板（4）与凹球面镜（5）的组合，透射式相位板（4）为一阶二元光学元件，即一块中心对称的光学圆平板上具有圆环的光学元件。

2.根据权利要求1所述的相位共轭激光谐振腔，特征在于所述的透射式相位板（4）的圆环的内径1.290mm，外径为3.649mm，高度为197nm，所述的凹球面镜的曲率半径为6m，外径大于或等于3.649mm。

3.根据权利要求1或2所述的相位共轭激光谐振腔，特征在于所述的平面镜镀有全反膜或者部分反射部分透射膜层。

说明书全文

相位共轭激光谐振腔

技术领域

[0001] 本发明涉及的激光谐振腔，特别是一种相位共轭激光谐振腔，可用于各种增益介质，泵浦方式的激光器以及激光放大器，实现近似平顶高斯分布的激光输出。

背景技术

[0002] 激光谐振腔的几何结构决定了其所产生的激光光电场的空间分布特性。大多数低增益激光器利用一个稳定的法布里-珀罗谐振腔建立稳定的激光模式，虽然这类谐振腔的设计具有低的基模损耗，但它有几个固有的缺点：

[0003] 1.为了保证基模与高阶模足够的模式鉴别，腔内通常加入小孔光阑，以减小谐振腔的菲涅尔数，增大高阶模的衍射损耗；

[0004] 2.基模光斑高斯分布并且模体积较小，与增益介质的交叠面积较小，增益介质不能被充分利用，限制了激光器或放大器效率的进一步提高；

[0005] 3.虽然高斯分布的基模有很多可取之处，具有优异光束质量的平顶高斯分布的高功率激光越来越多的应用于激光材料加工、非线性光学、量子光学以及惯性约束聚变等领域。

[0006] 常见的稳定谐振腔由两个平面或球面反射镜构成，这些谐振腔的本征模式为厄米-高斯分布或拉盖尔-高斯分布。因此，这种平顶高斯分布的激光束并不是球面反射镜激光谐振腔的本征振荡模，传统的激光谐振腔的设计无法实现（至少不是作为一个单一的模式）平顶高斯激光束的输出。

[0007] 平顶高斯分布的激光束的产生途径一般通过谐振腔腔外的光束整形，即通过选择合适的振幅调制元件（软边光阑、液晶光阀）来实现，然而在腔外光束整形过程中不可避免的存在能量损耗，极大的影响了激光器或放大器总的输出效率。

发明内容

[0008] 本发明的目的在于克服腔外光束整形的不足，提供一种相位共轭激光谐振腔，通过腔内光束整形，使得近似平顶高斯分布激光束直接作为空腔的输出模式，较大的模体积使得激光器或激光放大器提取效率大大提高。

[0009] 本发明的技术解决方案如下：

[0010] 一种相位共轭激光谐振腔，特征在于由平面镜和相位共轭镜组成的激光谐振腔内近所述的平面镜置有增益介质，所述的相位共轭镜是透射式相位板与凹球面镜的组合，透射式相位板为一阶二元光学元件，即一块中心对称的光学圆平板上具有圆环的光学元件。

[0011] 所述的透射式相位板的圆环的内径1.290mm，外径为3.649mm，高度为197nm，所述的凹球面镜的曲率半径为6m，外径大于或等于3.649mm。

[0012] 所述的平面镜镀有全反膜或者部分反射部分透射膜层。

[0013] 平面镜处所设计的任意光电场的复振幅分布E0，根据衍射的角谱理论，此光电场衍射到相位共轭镜位置时的复振幅分布为：

[0014]

[0015] 其中，k为波数，z为谐振腔腔长，x1,y1和x2,y2分别为平面镜和相位共轭镜处的坐标，λ为谐振腔中激光波长。所述的相位共轭镜与光电场E1的波前匹配，这时经过相位共轭镜反射后，产生光电场E1的相位共轭波。相位共轭波与复振幅分布E1各自的传播方向相反，但是两者波阵面形状在空间分布不变，因此相位共轭波传播到平面镜时，光电场复振幅分布恢复为E0。光电场在谐振腔中往返一周得到自再现，平面镜处所设计的任意光电场的复振幅分布E0成为相位共轭激光谐振腔的本征模式。各种增益介质，泵浦方式的激光器以及激光放大器，通过选择合适的相位共轭镜，即可实现任意空间分布的激光输出。

[0016] 本发明的优点是：

[0017] 1.直接在谐振腔内实现光束整形，避免腔外整形带来的能量损耗，并且谐振腔较大的模体积大大提高了激光器或激光放大器的提取效率；

[0018] 2.通过控制相位共轭腔的腔长，可以提高腔内的横模鉴别能力，即基模与较高横模的衍射损耗的差别足够大，很容易实现谐振腔中基模振荡。

附图说明

[0019] 图1是本发明的结构示意图；

[0020] 图2一阶透射式相位板的结构参数；

[0021] 图3是谐振腔的基模分布图；

[0022] 图4是谐振腔基模、较高横模损耗随腔长的变化图。

[0023] 图中，1－平面镜，2－相位共轭镜，3－增益介质,4－阶透射式相位板，5－球面反射镜。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

[0025] 请参见图1，图1是本发明的结构示意图，由图可见，本发明相位共轭激光谐振腔，由平面镜1和相位共轭镜2组成的激光谐振腔内近所述的平面镜1置有增益介质3，所述的相位共轭镜2是透射式相位板4与凹球面镜5的组合，透射式相位板4为一阶二元光学元件，即一块中心对称的光学圆平板上具有圆环的光学元件。对于为实现近似平顶空间分布的激光输出，所述的相位共轭镜2是透射式相位板4与球面镜5的组合，本实施例是一种适用于波长为1053nm透射式相位板2为一阶二元光学元件，内径1.290mm，外径3.649mm，高度197nm，所述的凹球面镜5的曲率半径为6m，外径大于或等于3.649mm。

[0026] 平面镜1处所设计的任意光电场的复振幅分布E0，根据衍射的角谱理论，此光电场衍射到相位共轭镜2位置时的复振幅分布E1，所述的相位共轭镜2与光电场E1的波前匹配，这时经过相位共轭镜2反射后，产生光电场E1的相位共轭波。相位共轭波与原始波E1各自的传播方向相反，但是两者波阵面形状在空间分布不变，因此相位共轭波传播到平面镜1时，光电场复振幅分布恢复为E0。光电场在谐振腔中往返一周得到了自再现，平面镜1处所设计的任意光电场的复振幅分布E0成为相位共轭激光谐振腔的本征模式。各种增益介质，泵浦方式的激光器以及激光放大器，通过选择合适的相位共轭镜，即可实现任意空间分布的激光输出。

[0027] 图2是一种适用于波长为1053nm的一阶透射式相位板的结构参数。图3是谐振腔的基模分布图，平面镜上光斑为Φ3mm，20阶近似平顶高斯分布。图4是本实施例测试的谐振腔基模、较高横模损耗随腔长的变化图，实线为基模的损耗随腔长的变化，虚线为较高横模损耗随腔长的变化，可以看到腔长6m附近时，大概为基模的瑞利距离处，相位共轭腔模式分离性能达到最好，此时基模与较高横模损耗差别非常大，不需要采用特殊的横模选择手段，即可在谐振腔中实现基模振荡。

标题	发布/更新时间	阅读量
相位差膜-专利编号CN110799870A	2020-05-11	829
相位差膜-专利编号CN110268293A	2020-05-11	273
相位对齐-专利编号CN109508066A	2020-05-11	364
相位塞-专利编号CN101467466A	2020-05-13	63
相位差膜-专利编号CN100432716C	2020-05-13	801
相位差膜-专利编号CN101529284B	2020-05-13	880
相位差膜-专利编号CN109416426A	2020-05-12	675
相位差膜-专利编号CN105319634B	2020-05-11	683
相位差膜-专利编号CN105319634A	2020-05-12	346
相位差膜-专利编号CN101389987B	2020-05-12	44

相位共轭激光谐振腔

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