发明名称 棒型固态雷射热透镜效应非敏共振腔
摘要 本发明是有关于棒型固态雷射热透镜效应,一种非敏共振腔,此共振腔为一经过特殊设计的共振腔,使以Nd: YAG为主的固态雷射在操作范围内,可随意变化输入及输出功率,但发散角变化在 3% 以下者,因之聚焦点位置变化亦不超过 3% 。维持光束之发散角不改变的另一优点,在于只要Nd:YAG雷射的光束满足了导入光纤的条件,就可随意调整雷射功率而仍能将光束全部聚入光纤,当更能符合加工上的需要,更利于推广。
申请公布号 TW354434 申请公布日期 1999.03.11
申请号 TW086110745 申请日期 1997.07.29
申请人 刘海北 发明人 刘海北
分类号 H01S3/08 主分类号 H01S3/08
代理机构 代理人 詹铭文 台北巿罗斯福路二段一○○号七楼之一
主权项 1.一种热透镜效应非敏共振腔,在几何光学棒型固态雷射系统中,该非敏共振腔包括:一晶棒,具有长方形切面的两端,该晶棒其两端之等效厚透镜的主面为一第一主面与一第二主面;一第一透镜,用以将一光束聚向该晶棒的该第一主面,且可以将由该晶棒靠近第一主面之端面发散之光束经过该第一透镜后之光束予以平行化,该第一透镜之焦点与该第一主面之相对距离为一第一距离,并且该第一距离远小于该第一透镜之焦距且为负値;一第二透镜,用以将一光束聚向该晶棒的该第二主面,且可以将由该晶棒靠近该第二至面之端面发散之光束经过该第二透镜后之光束予以平行化,该第二透镜之焦点与该第二主面之相对距离为一第二距离,并且该第二距离为一负値;一平面输出反射镜,装设于靠近该第一透镜之外端;以及一平面高反射镜,装设于靠近该第二透镜之外端。2.如申请专利范围第1项所述之热透镜效应非敏共振腔,当该晶棒的长度及直径分别为76mm及6.35mm时,其中当该第一距离绝对値大于0小于1cm时,由该平面输出反射镜反射之光束发散角之变化保持在2%以下。3.如申请专利范围第1项所述之热透镜效应非敏共振腔,当该晶棒的长度及直径分别为76mm及6.35mm时,其中该第一距离及第二距离绝对値为1cm时,由第一平面反射镜端输出雷射光束之远场强度分布呈现帽顶状。4.如申请专利范围第1项所述之热透镜效应非敏共振腔,当该晶棒的长度及直径分别为76mm及6.35mm时,其中该第一距离绝对値为0.5cm及该第二距离绝对値为10cm,且光束经聚焦后,可耦合进入蕊径0.6mm及NA=0.2之雷射光纤。5.如申请专利范围第1项所述之热透镜效应非敏共振腔,当该晶棒的长度及直径分别为76mm及6.35mm时,其中由该第一平面反射镜输出之雷射光束,经由焦距为2cm之透镜聚焦后,焦点光斑直径小于0.3mm。6.一种热透镜效应非敏共振腔,该非敏共振腔包括:一晶棒,具有长方形切面的两端,该晶棒其两端之等效厚透镜的主面为一第一主面与一第二主面;一透镜,用以将一光束聚向该晶棒的该第一主面,且可以将由该晶棒靠近该第一主面之端面发散之光束经过该透镜后之光束予以平行化,该透镜之焦点与该第一主面相距为一第一距离,并且该第一距离远小于该透镜之焦距且为一负値;一平面输出反射镜,装设于靠近该透镜之外端;以及一高反射球面镜,装设于该晶棒切面之另一端,该高反射球面镜之曲率中心点与该第二主面相距为一第二距离,该第二距离系一负値。7.一种热透镜效应非敏共振腔,该非敏共振腔包括:一晶棒,具有长方形切面的两端,该晶棒之等效厚透镜的主面为一第一主面与一第二主面;一输出球面反射镜,装设于该晶棒切面之一端,该输出球面反射镜可以将一光束聚向该晶棒之该第一主面,由该晶棒之该第一主面发散之光束的一部份得由此球面反射镜输出,此球面反射镜曲率中心点与该第一主面相距为一第一距离,并且该第一距离远小于该输出球面反射镜之焦距且为负値;以及一高反射率球面镜,装设于该晶棒切面之另一端,该高反射率球面镜之曲率中心点与该第二至面相距为一第二距离,该第二距离系一负値。8.一种热透镜效应非敏共振腔,该非敏共振腔包括:前后两个串连晶棒,每个晶棒具有长方形切面的两端,且每个晶棒其两端之等效厚透镜皆具有一前主面与一后主面;一中介透镜,该中介透镜装设于该两个串连晶棒之间,装设位置是使前晶棒之该后主面与该后晶棒之该前主面,分别在该中介透镜之两倍焦距上,如上述之装设,由该前晶棒之该后主面散出之光线,又聚焦于该后晶棒之该前主面;一前透镜,该前透镜可以将一光束聚向该前晶棒之该前主面,且该前透镜可以将由该前晶棒靠近该前主面之端面发散之光束经过该前透镜后之光束予以平行化,该前透镜装设于该前晶棒的前主面之前,相距为一第一距离,并且该第一距离远小于该前透镜之焦距且为一负値;一后透镜,该后透镜可以将一近乎平行之光束聚向该后晶棒之后主面,且该后透镜可以将由该后晶棒靠近后主面之端面发散之光束经过该后透镜后之光束予以平行化,该后透镜装设于该后晶棒的后主面之后,相距为一第二距离,并且该第二距离系一负値;一平面输出反射镜,该平面输出反射镜装设于该前透镜之前;以及一平面高反射镜,该平面高反射镜装设于该后透镜之后。9.一种热透镜效应非敏共振腔,该非敏共振腔包括:前后两个串连晶棒,每个晶棒具有长方形切面的两端,且每个晶棒其两端之等效厚透镜皆具有一前主面与一后主面;一中介透镜,该中介透镜装设于该两个串连晶棒之间,装设位置是使前晶棒之该后主面与该后晶棒之该前主面,分别在该中介透镜之两倍焦距上,如上述之装设,由该前晶棒之后主面散出之光线,又聚焦于该后晶棒之前主面;一透镜,该透镜可以将一光束聚向该前晶棒之前主面,且该透镜可以将由该前晶棒靠近前主面之端面发散之光束经过该透镜后之光束予以平行化,该透镜装设于该前晶棒的前主面之前,该透镜之焦点与该第一主面之相距为一第一距离,并且该第一距离远小于该透镜之焦距且为负値;一平面输出反射镜,该平面反射镜装设于该透镜之前;以及一高反射球面镜,装设于该后晶棒的后主面之后,该高反射球面镜之曲率中心点与该后晶棒之后主面相距为一第二距离,该高反射球面镜等效于平面反射镜与透镜之组合,并且该第二距离系一负値。10.一种热透镜效应非敏共振腔,该非敏共振腔包括:前后两个串连晶棒,每个晶棒具有长方形切面的两端,且每个晶棒其两端之等效厚透镜皆具有一前主面与一后主面;一中介透镜,该中介透镜装设于该两个串连晶棒之间,装设位置是使该前晶棒之该后主面与该后晶棒之该前主面,分别在该中介透镜之两倍焦距上,如上述之装设,由该前晶棒之该后主面散出之光线,又聚焦于该后晶棒之前主面;一输出球面镜,装设于前晶棒之前,该输出球面镜之曲率中心点与该前晶棒之前主面相距为一第一距离,由此球面镜输出之锥形光束得以凸透镜平行化之,并且该第一距离小于该输出球面镜之焦距且为负値;以及一高反射球面镜,装设于该后晶棒的该后主面之后,该高反射球面镜之曲率中心点与该后晶棒之该后主面相距为一第二距离,该高反射球面镜等效于平面反射镜与透镜之组合,并且该第二距离系负値。11.如申请专利范围第8.9.10项所述之热透镜效应非敏共振腔,其中该串连晶棒可以串连三个晶棒或三个以上。12.如申请专利范围第11项所述之热透镜效应非敏共振腔,其中该中介透镜可以串连二个中介透镜或二个以上。图式简单说明:第一图绘示的是习知一种双平面反射镜共振腔之设计示意图;第二图绘示的是习知一种凸平面反射镜共振腔之设计示意图;第三图绘示的是习知一种动态型共振腔之设计装设示意图;第四图绘示的是受热透镜效应影响之等效厚透镜,其主面与端面之距离不因热透镜效应而改变之示意图;第五图绘示的是本发明之一较佳实施例,一种晶棒热透镜效应非感共振腔之装设示意图;第六图绘示的是共振腔由平面反射镜端输出雷射光束之远场强度分布实体图;第七图绘示的是第五图中透镜51焦距较长时,共振腔由平面反射镜53端输出之低全发散角光束的远场强度分布实体图;第八图绘示的是共振腔以更长的透镜51焦距由平面反射镜53端输出雷射光束之高斯远场强度分布实体图;第九图绘示的是本发明之另一较佳实施例,一种晶棒热透镜效应非敏共振腔之简化装设示意图;第十图绘示的是本发明之又一较佳实施例,一种晶棒热透镜效应非敏共振腔之简化装设示意图;第十一图绘示的是本发明之再一较佳实施例,一种以中介透镜串接晶棒之热透镜效应非敏共振腔的装设示意图;第十二图绘示的是本发明第十一图之较佳实施例,一种晶棒热透镜效应非敏共振腔之简化装设示意图;以及第十三图绘示的是本发明第十一图之较佳实施例,一种晶棒热透镜效应非敏共振腔之另一简化装设示意图。
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