一種輸出空心激光光束的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種輸出空心光束的方法，包括：(1)激光器產(chǎn)生的實(shí)心光束，經(jīng)整形系統(tǒng)整形為中空的環(huán)形泵浦光；(2)該中空的環(huán)形泵浦光，沿光軸入射到耦合系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)將所述環(huán)形泵浦光變換成合適直徑大小的空心光束；(3)該空心光束從激光諧振腔的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對(duì)激光器增益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過(guò)相位控制使得所述諧振腔中的增益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。本發(fā)明還公開了一種空心光束輸出裝置。本發(fā)明的裝置和方法通過(guò)將入射的泵浦光從通常的實(shí)心形式改變成為空心形式，使激光振蕩的軸心部分沒有增益，再通過(guò)相位控制，得到空心激光光束輸出，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、轉(zhuǎn)換效率高和輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種輸出空心激光光束的方法和裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于激光領(lǐng)域，具體涉及一種輸出空心激光光束的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期以來(lái)，實(shí)心激光光束在傳統(tǒng)激光行業(yè)如切割、熔覆、焊接和打標(biāo)等上有著廣泛的應(yīng)用。但是近年來(lái)，由于應(yīng)用技術(shù)的促進(jìn)，各種中心強(qiáng)度為零的激光束——空心激光光束相繼產(chǎn)生，并正在形成一個(gè)新穎的所謂空心光束(也稱暗中空光束)的大家族?？招墓馐鳛榧す鈱?dǎo)管、光學(xué)鑷子(光鉗)和光學(xué)扳手，在微觀粒子(如微米粒子、納米粒子、自由電子、生物細(xì)胞和原子或分子等)的精確、無(wú)接觸操縱和控制中有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]由于空心光束的產(chǎn)生，反過(guò)來(lái)也促進(jìn)了很多傳統(tǒng)激光應(yīng)用領(lǐng)域反思光束形式的進(jìn)一步優(yōu)化。例如最近甚至發(fā)現(xiàn)對(duì)于激光沖擊成形這樣的傳統(tǒng)激光加工領(lǐng)域，空心光束也具有一定的優(yōu)勢(shì)。這種空心光束除了具有激光頻率、激光功率和光束發(fā)散角等激光束的一般參數(shù)外，還具有暗斑尺寸、光束寬度、光束半徑和寬度半徑比等一些特殊的參數(shù)。各類空心光束都有其獨(dú)特的物理性質(zhì)，如強(qiáng)度呈圓筒形分布、很小的暗斑尺寸、無(wú)加熱效應(yīng)、傳播不變性以及具有自旋與軌道角動(dòng)量等，這些性質(zhì)使得空心光束在激光光學(xué)、光信息處理、微粒波導(dǎo)、同位素分離、微電子學(xué)和材料科學(xué)、生物技術(shù)、醫(yī)學(xué)以及原子學(xué)、分子學(xué)等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中存在多種產(chǎn)生空心激光光束的方法，如幾何光學(xué)法、中空光纖法、η位相板法、光學(xué)全息法和計(jì)算機(jī)全息法等。其中，幾何光學(xué)法、中空光纖法和η位相板法獲得空心光束，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于實(shí)現(xiàn)，但轉(zhuǎn)換效率低、輸出空心光束的純度不高和較低的光束質(zhì)量的缺點(diǎn)也很明顯；而計(jì)算機(jī)全息法和光學(xué)全息法獲得空心光束，雖然輸出空心光束的純度高、光束質(zhì)量好，但成本較高，制作難度很大。
[0005]中國(guó)專利文獻(xiàn)201210049178.6中公開了一種采用端面泵浦，將泵浦光焦點(diǎn)耦合到激光增益介質(zhì)內(nèi)部或者外部，來(lái)得到空心激光光束的方法。該方法得到的空心光束的光斑是由很多小的旁瓣組成的，這種非連續(xù)的環(huán)狀空心光束在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中會(huì)有一定的限制，譬如在受激損耗顯微術(shù)中，由于旁瓣的存在，空心光束對(duì)激發(fā)光的熒光抑制作用就不是那么明顯，導(dǎo)致零星的雜質(zhì)熒光的產(chǎn)生，降低了受激損耗顯微術(shù)的分辨率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種輸出空心激光光束的方法和裝置，其目的在于利用環(huán)形泵浦光，通過(guò)軸向端面泵浦，在增益介質(zhì)中形成中空形式的增益區(qū)，直接獲得空心激光束的輸出，通過(guò)對(duì)環(huán)形泵浦光的環(huán)狀光斑大小精確的控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光模式的控制，解決了空心光束中心并非完全無(wú)光的問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)相位控制，解決了空心光束空心環(huán)不連續(xù)的問(wèn)題。
[0007]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種輸出空心光束的方法，通過(guò)將實(shí)心泵浦光整形為空心泵浦光后，再利用耦合系統(tǒng)將泵浦光耦合進(jìn)入激光諧振腔，以軸向端面泵浦的方式，在増益介質(zhì)中形成中空形式的増益區(qū)，通過(guò)激光振蕩，實(shí)現(xiàn)空心激光光束的直接輸出，具體步驟如下:
[0008](I)激光器產(chǎn)生的實(shí)心光束，經(jīng)整形系統(tǒng)整形為中空的環(huán)形泵浦光；
[0009](2)該中空的環(huán)形泵浦光，沿光軸入射到耦合系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)將所述環(huán)形泵浦光變換成合適直徑大小的空心光束；
[0010](3)該空心光束從激光諧振腔的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對(duì)激光器増益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過(guò)相位控制使得所述諧振腔中的増益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。
[0011]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述連續(xù)的空心激光通過(guò)連續(xù)改變?nèi)肷涔馐南辔?，使得諧振腔內(nèi)只有一種相位模式能夠持續(xù)振蕩而實(shí)現(xiàn)。
[0012]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述入射光束相位的連續(xù)改變通過(guò)一設(shè)置在諧振腔中的螺旋相位板實(shí)現(xiàn)，該螺旋相位板為光學(xué)厚度與旋轉(zhuǎn)方位角成正比的相位衍射光學(xué)元件。
[0013]按照本發(fā)明的另一方面，提供一種輸出空心光束的裝置，用于實(shí)現(xiàn)將實(shí)心泵浦光變換為連續(xù)的空心泵浦光束，其特征在于，該裝置包括:
[0014]整形系統(tǒng)，其設(shè)置在輸入的實(shí)心光束后，用于將該實(shí)心光束整形為空心光束；
[0015]泵浦光耦合系統(tǒng)，其沿光路設(shè)置在所述整形系統(tǒng)后，用于將所述空心光束變換成合適直徑大小的空心光束；
[0016]激光諧振腔，其沿光路設(shè)置在所述耦合系統(tǒng)后，所述合適直徑大小的空心光束從該激光諧振腔的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對(duì)激光器増益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過(guò)相位控制使得所述諧振腔中的増益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。
[0017]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述整形系統(tǒng)由外圓錐面反射鏡和與之同軸放置的具有相同頂角的環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡構(gòu)成，即外圓錐面反射鏡的發(fā)射面與環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡的反射面平行，入射光光軸與外圓錐面反射鏡和環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸重合，光束從外圓錐面反射鏡處入射，反射光為以光軸為中心的發(fā)散環(huán)形光束，其經(jīng)環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡反射后，以與最初進(jìn)入整形系統(tǒng)的入射光束平行的方式出射，即為與光軸平行的空心光束。
[0018]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述整形系統(tǒng)由內(nèi)圓錐面反射鏡和與之相對(duì)放置的具有相同頂角的外圓錐面反射鏡構(gòu)成，該內(nèi)圓錐面反射鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與入射光束光軸成135°夾角，外圓錐面反射鏡的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與內(nèi)圓錐面反射鏡旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸平行，內(nèi)圓錐面反射鏡與外圓錐面反射鏡頂點(diǎn)連線與入射光束光軸垂直。
[0019]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述整形系統(tǒng)由內(nèi)圓錐面透鏡和與之同軸放置的具有相同頂角、相同折射率的外圓錐面透鏡構(gòu)成，兩透鏡均是ー側(cè)為平面，ー側(cè)為圓錐面的鏡體結(jié)構(gòu)，其中圓錐面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與平面垂直，且與入射光束的光軸同軸。
[0020]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述端面泵浦耦合通過(guò)球面透鏡組合或者柱面透鏡組合進(jìn)行耦合、由自聚焦透鏡進(jìn)行耦合或通過(guò)光纖耦合實(shí)現(xiàn)。
[0021]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述激光諧振腔4包括沿光軸依次設(shè)置的鏡片、螺旋相位板、増益介質(zhì)、焦距均為f的柱面鏡構(gòu)成的柱面鏡系統(tǒng)要以及設(shè)在兩柱面鏡之間與兩柱面鏡的距離均為f的鏡片，光束從所述鏡片入射，在鏡片和鏡片之間來(lái)回振蕩，其中所述光束每通過(guò)一次螺旋相位板，相位因子就會(huì)増加使得只輸出單一相位模式的單一高階光束，從而形成連續(xù)的空心光束。[0022]作為本發(fā)明的改進(jìn)，所述增益介質(zhì)為YAG棒。
[0023]本發(fā)明中，入射的泵浦光可以是實(shí)心的，實(shí)心泵浦光先入射到一個(gè)整形系統(tǒng)，通過(guò)整形輸出的泵浦光變?yōu)榭招牡沫h(huán)形泵浦光。
[0024]本發(fā)明中，實(shí)心泵浦光可以為半導(dǎo)體激光器發(fā)出的實(shí)心激光束，耦合系統(tǒng)可以為半導(dǎo)體激光耦合系統(tǒng)。
[0025]總體而言，本發(fā)明的裝置和方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，其通過(guò)將入射的泵浦光從通常的實(shí)心形式改變成為空心形式，使激光振蕩的軸心部分沒有增益，再通過(guò)相位控制，得到空心激光光束輸出，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、可靠性高、轉(zhuǎn)換效率高和輸出功率高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為按照本發(fā)明實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為圖1中整形系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為圖1中整形系統(tǒng)另一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖4為圖1中整形系統(tǒng)再一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為圖1中f禹合系統(tǒng)不意圖；
[0031]圖6為圖1中激光諧振腔示意圖；
[0032]圖7為圖6中螺旋相位板示意圖；
[0033]圖8為單一 LG簡(jiǎn)并模式激光光束疊加過(guò)程示意圖；
[0034]圖9為L(zhǎng)Gp1模式光束的相位因子在諧振腔中往返傳輸?shù)倪^(guò)程分析；
[0035]圖10為L(zhǎng)Gcw模式光束的相位因子在諧振腔中往返傳輸?shù)倪^(guò)程分析；
[0036]在所有附圖中，同樣的附圖標(biāo)記代表相同的技術(shù)特征，其中，1-泵浦光，2-整形系統(tǒng)，3-稱合系統(tǒng)，4-激光諧振腔,5-空心輸出光束。
【具體實(shí)施方式】
[0037]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。
[0038]半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束為實(shí)心光束，但其光束在快軸和慢軸方向上是象散光束，通過(guò)普通透鏡準(zhǔn)直，即可以得到圓形實(shí)心的輸出光束，以作為本發(fā)明實(shí)施例圖1中的泵浦光I。
[0039]泵浦光I通過(guò)整形系統(tǒng)2，使得實(shí)心光束變?yōu)榭招墓馐?。本發(fā)明中的整形系統(tǒng)用于將實(shí)心光束整形為空心光束，其具體的裝置和方法有多種，下面是優(yōu)選的三種整形系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)。
[0040]如圖2所示，本實(shí)施例的整形系統(tǒng)2由外圓錐面反射鏡201和與之同軸放置的具有相同頂角的環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡202構(gòu)成，即外圓錐面反射鏡201的發(fā)射面與環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡202的反射面平行，入射光光軸與外圓錐面反射鏡201和環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡202的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸重合，光束從外圓錐面反射鏡201處入射，反射光為以光軸為中心的發(fā)散環(huán)形光束，由于環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡202的反射面與外圓錐面反射鏡201的反射面平行，因此光束再經(jīng)過(guò)環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡202反射后，會(huì)以與最初進(jìn)入整形系統(tǒng)的入射光束平行的方式出射，即為與光軸平行的空心光束。
[0041]如圖3所示，本發(fā)明另一實(shí)施例的整形系統(tǒng)2’由內(nèi)圓錐面反射鏡203和與之相對(duì)放置的具有相同頂角的外圓錐面反射鏡204構(gòu)成，內(nèi)圓錐面反射鏡203旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與入射光束光軸成135°夾角，外圓錐面反射鏡204的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與內(nèi)圓錐面反射鏡203旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸平行，內(nèi)圓錐面反射鏡203與外圓錐面反射鏡204頂點(diǎn)連線與入射光束光軸垂直，光束整形過(guò)程與I相同。
[0042]如圖4所示，本發(fā)明又一實(shí)施例的整形系統(tǒng)2’’由內(nèi)圓錐面透鏡205和與之同軸放置的具有相同頂角、相同折射率的外圓錐面透鏡206構(gòu)成，兩透鏡均是ー側(cè)為平面，ー側(cè)為圓錐面的鏡體結(jié)構(gòu)，其中圓錐面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與平面垂直，且與入射光束的光軸同軸。入射光束從內(nèi)圓錐面透鏡205的平面ー側(cè)入射，再?gòu)膱A錐面?zhèn)瘸錾鋮迹捎谡凵湫?yīng)，光束會(huì)向遠(yuǎn)離光軸方向偏折，然后光束從外圓錐面透鏡206的外圓錐面?zhèn)热肷?，再次發(fā)生折射，而由于兩次折射的折射面平行，折射率也相同，出射光束會(huì)與入射到內(nèi)圓錐面透鏡205的光束平行，即為光軸平行的空心光束。
[0043]經(jīng)上述整形系統(tǒng)2整形獲得空心激光光束即空心泵浦光束，其然后以端面泵浦的方式耦合進(jìn)入激光諧振腔對(duì)增益介質(zhì)進(jìn)行泵浦。
[0044]本實(shí)施例優(yōu)選的端面泵浦耦合方式有以下幾種:1)組合透鏡系統(tǒng)聚光:用球面透鏡組合或者柱面透鏡組合進(jìn)行耦合。2)自聚焦透鏡耦合:由自聚焦透鏡取代組合透鏡進(jìn)行耦合，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)直光斑的大小取決于自聚焦透鏡的數(shù)值孔徑。3)光纖耦合:指用帶尾纖輸出的LD 進(jìn)行泵浦耦合，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)靈活。圖5為由組合透鏡構(gòu)成的耦合系統(tǒng)示意圖，光束半徑較大的空心光束經(jīng)透鏡組后，輸出更易進(jìn)行泵浦的細(xì)空心光束，提高泵浦效率。
[0045]入射的空心泵浦光激勵(lì)激光諧振腔中的増益介質(zhì)，由于激光振蕩的軸心部分沒有増益，因此通常率先振蕩的LG"模的增益低于高階模式被壓制，空心的高階模式則率先振蕩輸出，得到空心光束。通過(guò)整形系統(tǒng)和耦合系統(tǒng)對(duì)環(huán)形泵浦光的環(huán)狀光斑大小精確的控制，使諧振腔中形成特定的高階LGc^1模式振蕩。圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的激光諧振腔示意圖，泵浦光經(jīng)鏡片401入射，在鏡片401和鏡片405之間來(lái)回振蕩，増益介質(zhì)403為YAG棒，其中鏡片401為泵浦光全透，1064nm全反，鏡片405對(duì)1064nm光具有一定的反射率(非全反)，激光光束由鏡片405輸出。
[0046]由于LGp1和LGcw具有相同的徑向分布，因此，常規(guī)激光諧振腔內(nèi)這兩種相位模式將一起振蕩，并穩(wěn)定存在，在這種情況下，兩個(gè)中空環(huán)形光束LGp1和LGcw疊加在一起后，形成的空心光束為旁瓣形式，如圖8所示。為了得到連續(xù)的空心光束，需要使諧振腔內(nèi)只有ー種相位模式能夠持續(xù)振蕩，本發(fā)明在諧振腔中加入了螺旋相位板402和柱面鏡系統(tǒng)。其中，螺旋相位板402 (如圖7所示)是ー種光學(xué)的厚度與旋轉(zhuǎn)方位角成正比的純相位衍射光學(xué)元件，用來(lái)改變?nèi)肷涔馐南辔?。柱面鏡系統(tǒng)由焦距均為f的柱面鏡404、406構(gòu)成，柱面鏡404和柱面鏡406相距為2f，并且兩柱面鏡相對(duì)鏡片405左右對(duì)稱，即鏡片405與兩柱面鏡的距離均為f。
[0047]LG0；+1模式具有exp(+il 9 )相位項(xiàng)，LGcw模式具有exp(-1l 9 )相位項(xiàng)，(圖9和圖10中的+1代表相位因子為exp(+il 9 )的LGtl,+1模式光束，-1代表相位因子為exp(-1l 0 )的LGcw模式光束)。光束每通過(guò)一次螺旋相位板402，相位因子就會(huì)增加I ;當(dāng)相位因子為±1的光束通過(guò)柱面鏡系統(tǒng)時(shí)，相位因子會(huì)取反變?yōu)閙l (光束通過(guò)柱面鏡404后由鏡片405反射再通過(guò)柱面鏡404的效果與依次通過(guò)柱面鏡404、鏡片405、柱面鏡406的效果相同)。
[0048]以增益介質(zhì)403右側(cè)計(jì)為光束振蕩的起始位置，LGp1模式在腔內(nèi)往返一周之后，相位因子仍為+1，滿足自再現(xiàn)的相位分布，該LGp1模式可以在諧振腔內(nèi)穩(wěn)定振蕩，如圖9所示。而LGcw模式在腔內(nèi)往返一周之后，相位因子變?yōu)?31，不滿足自再現(xiàn)的相位分布，該LGcw模式在諧振腔內(nèi)會(huì)受到抑制無(wú)法繼續(xù)振蕩。因此，在諧振腔內(nèi)加入螺旋相位板402和柱面鏡系統(tǒng)后，激光器會(huì)只輸出單一相位模式的單一高階光束，這樣得到的空心光束就不再是普通的旁瓣光束，而是連續(xù)的空心光束了。
[0049]諧振腔中還可以增加調(diào)Q器件，形成脈沖Q關(guān)激光器，輸出環(huán)形的調(diào)Q脈沖光束；也可以增加調(diào)制，形成鎖模振蕩輸出環(huán)形鎖模脈沖；另外還可以增加倍頻或其他頻率轉(zhuǎn)換器件，輸出倍頻或其他頻率轉(zhuǎn)換的環(huán)形光束。
[0050]本發(fā)明所述的得到空心激光光束的方法，采用腔內(nèi)器件將普通實(shí)心泵浦光束變換為空心泵浦光束。利用該方法得到的空心光束的能量更加集中在環(huán)上，通過(guò)對(duì)環(huán)形泵浦光的環(huán)狀光斑大小和激光諧振腔內(nèi)振蕩光束相位的控制，實(shí)現(xiàn)空心模式光束輸出。該方法較之以前的方法具有輸出激光光束質(zhì)量好，同時(shí)由于能量集中更加集中在環(huán)上，使得輸出空心光束的斜率效率更高，可以為較高功率空心光束輸出提供一種可行的方法。同時(shí)，使用該方法得到空心激光光束的裝置，具有成本低，裝配簡(jiǎn)單和容易調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。
[0051]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種輸出空心光束的方法，通過(guò)將實(shí)心泵浦光整形為空心泵浦光后，再利用耦合系統(tǒng)將泵浦光耦合進(jìn)入激光諧振腔，以軸向端面泵浦的方式，在増益介質(zhì)中形成中空形式的増益區(qū)，通過(guò)激光振蕩，實(shí)現(xiàn)空心激光光束的直接輸出，具體步驟如下: (1)激光器產(chǎn)生的實(shí)心光束，經(jīng)整形系統(tǒng)整形為中空的環(huán)形泵浦光； (2)該中空的環(huán)形泵浦光，沿光軸入射到耦合系統(tǒng)，該耦合系統(tǒng)將所述環(huán)形泵浦光變換成合適直徑大小的空心光束； (3)該空心光束從激光諧振腔的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對(duì)激光器増益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過(guò)相位控制使得所述諧振腔中的増益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輸出空心光束的方法，其特征在于，所述連續(xù)的空心激光通過(guò)連續(xù)改變?nèi)肷涔馐南辔?使得諧振腔內(nèi)只有ー種相位模式能夠持續(xù)振蕩而實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸出空心光束的方法,其特征在于,所述入射光束相位的連續(xù)改變通過(guò)ー設(shè)置在諧振腔中的螺旋相位板實(shí)現(xiàn)，該螺旋相位板為光學(xué)厚度與旋轉(zhuǎn)方位角成正比的相位衍射光學(xué)元件。
4.一種輸出空心光束的裝置，用于實(shí)現(xiàn)將實(shí)心泵浦光變換為連續(xù)的空心泵浦光束，其特征在于，該裝置包括: 整形系統(tǒng)(2)，其設(shè)置在輸入的實(shí)心光束后，用于將該實(shí)心光束整形為空心光束； 泵浦光耦合系統(tǒng)(3)，其沿光路設(shè)置在所述整形系統(tǒng)(2)后，用于將所述空心光束變換成合適直徑大小的空心光束； 激光諧振腔(4)，其沿光路設(shè)置在所述耦合系統(tǒng)(3)后，所述合適直徑大小的空心光束從該激光諧振腔(4)的一端面耦合進(jìn)入諧振腔，對(duì)激光器増益介質(zhì)進(jìn)行泵浦，通過(guò)相位控制使得所述諧振腔中的増益介質(zhì)吸收泵浦光產(chǎn)生連續(xù)的空心激光輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述整形系統(tǒng)(2)由外圓錐面反射鏡(201)和與之同軸放置的具有相同頂角的環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡(202)構(gòu)成，即外圓錐面反射鏡(201)的發(fā)射面與環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡(202)的反射面平行，入射光光軸與外圓錐面反射鏡(201)和環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡(202)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸重合，光束從外圓錐面反射鏡(201)處入射，反射光為以光軸為中心的發(fā)散環(huán)形光束，其經(jīng)環(huán)形中空內(nèi)圓錐面反射鏡(202)反射后，以與最初進(jìn)入整形系統(tǒng)的入射光束平行的方式出射，即為與光軸平行的空心光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述整形系統(tǒng)(2’)由內(nèi)圓錐面反射鏡(203)和與之相對(duì)放置的具有相同頂角的外圓錐面反射鏡(204)構(gòu)成，該內(nèi)圓錐面反射鏡(203)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與入射光束光軸成135°夾角，外圓錐面反射鏡(204)的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與內(nèi)圓錐面反射鏡(203)旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸平行，內(nèi)圓錐面反射鏡(203)與外圓錐面反射鏡(204)頂點(diǎn)連線與入射光束光軸垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述整形系統(tǒng)2’’由內(nèi)圓錐面透鏡(205)和與之同軸放置的具有相同頂角、相同折射率的外圓錐面透鏡(206)構(gòu)成，兩透鏡均是ー側(cè)為平面，ー側(cè)為圓錐面的鏡體結(jié)構(gòu)，其中圓錐面的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸與平面垂直，且與入射光束的光軸同軸。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述端面泵浦耦合通過(guò)球面透鏡組合或者柱面透鏡組合進(jìn)行耦合、由自聚焦透鏡進(jìn)行耦合或通過(guò)光纖耦合實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述激光諧振腔(4)包括沿光軸依次設(shè)置的鏡片(401)、螺旋相位板(402)、增益介質(zhì)(403)、焦距均為f的兩柱面鏡(404、406)構(gòu)成的柱面鏡系統(tǒng)以及設(shè)在兩柱面鏡(404、406)之間與兩柱面鏡的距離均為f的鏡片(405)，光束從所述鏡片(401)入射，在該鏡片(401)和鏡片(405)之間來(lái)回振蕩，其中所述光束每通過(guò)一次螺旋相位板(403)，相位因子就會(huì)增加使得只輸出單一相位模式的單一高階光束，從而形成連續(xù)的空心光束。
10.根據(jù)權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的輸出空心光束的裝置，其特征在于，所述增益介質(zhì)(403)為YA G棒。
【文檔編號(hào)】H01S3/139GK103594918SQ201310537739
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】陳培鋒, 王英, 胡阿健, 夏兵兵, 李姝妺, 譚望, 張志鈺 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)