1.本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器谐振腔。
背景技术：2.在实际应用激光器的过程中都期望输出的激光光束具有很高的亮度，其横模尽量接近基横模tem
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模。但大多数激光器谐振腔中不仅只有该模式的振荡，还有其他高阶模式的存在，所以需要模式控制技术来限制振荡模式的数量，比如普遍采用的小孔光阑法、单透镜聚焦选模法和调节腔镜法选模等。
3.小孔光阑法是在谐振腔中插入一个适当大小的小孔光阑，因为基横模具有最小的光束半径，小孔光阑能够提高其高阶模与基模的损耗比，这样可充分抑制高阶横模振荡，从而实现光束质量的优化。但当腔内能量密度过高时，易使光阑边缘损坏，影响后续的光束质量控制；同时因光阑损坏而出现的飞溅物质容易导致激光谐振腔中光学元件出现激光损伤，因此光阑材料一般须选用高熔点金属或蓝宝石一类特殊材料，该方法并不适用于大功率、大能量激光器光源。
4.单透镜聚焦选模法是在谐振腔中插入单透镜配合小孔光阑进行选模，光阑放在透镜的焦点上，内部光束通过小孔光阑时，光束边缘部分高阶模因光阑阻挡收到损耗而被抑制掉，所以能够实现光束质量的优化。该结构要求凹面反射镜曲率中心必须与透镜的焦点重合，给谐振腔的调整带来困难。
5.调节腔镜法是当光学谐振腔的反射镜主光轴与激活介质的轴线重合时，不同横模的衍射损耗都较小，当镜轴线与腔轴线偏离时，则不同横模的衍射损耗都会相应增加，因高阶横模损耗大，受到影响较大，而模式越靠近tem
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模损耗越小，越容易获得输出。但该方案因为反射镜倾斜的原因，很难得到对称分布的激光光斑。
技术实现要素：6.本发明的目的是提供一种激光器谐振腔，该谐振腔仅通过设计全反镜的反射率分布，就可以保持低阶模式的透射损耗，增加高阶模透射损耗，使高阶模式无法振荡，降低激光输出模式数量，从而实现光束质量的控制。
7.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
8.一种激光器谐振腔，所述激光谐振腔由激光输出镜、凹面全反射镜和激光增益介质组成，其中：
9.所述凹面全反射镜的反射率会随位置发生变化，从中心到边缘的反射率是逐渐降低的；
10.当泵浦源对所述激光增益介质进行侧面泵浦后，所述激光增益介质中的低能级粒子因受激吸收变为高能级粒子，随着发生粒子数反转和受激辐射，当所述激光谐振腔内增益大于损耗时产生激光振荡；
11.基于所述凹面全反射镜的反射率曲线分布特点，所述凹面全反射镜上的激光光束
半径减少到ω1，该ω1为有效高反射镀膜区半径，激光振荡模式的数量会减少，提高所述激光谐振腔的选模能力，改善输出激光的光束质量。
12.由上述本发明提供的技术方案可以看出，上述谐振腔仅通过设计全反镜的反射率分布，就可以保持低阶模式的透射损耗，增加高阶模透射损耗，使高阶模式无法振荡，降低激光输出模式数量，从而实现光束质量的控制。
附图说明
13.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
14.图1为本发明实施例提供的激光器谐振腔的结构示意图；
15.图2为本发明实施例凹面全反射镜的反射率分布曲线示意图。
具体实施方式
16.下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
17.如图1所示为本发明实施例提供的激光器谐振腔的结构示意图，所述激光谐振腔由激光输出镜1、凹面全反射镜2和激光增益介质3组成，其中：
18.所述凹面全反射镜2的反射率会随位置发生变化，从中心到边缘的反射率是逐渐降低的；
19.当泵浦源4对所述激光增益介质3进行侧面泵浦后，所述激光增益介质3中的低能级粒子因受激吸收变为高能级粒子，随着发生粒子数反转和受激辐射，当所述激光谐振腔内增益大于损耗时产生激光振荡；
20.如果未采取本发明实施例所述凹面全反射镜2的反射率曲线分布，则所述激光谐振腔发生多模式振荡，凹面全反射镜2上的多模激光光束半径为ω2，该ω2的值可以通过描述光学谐振腔模式的菲涅耳—基尔霍夫衍射积分方程求解运算得出；
21.基于本发明实施例所述凹面全反射镜2的反射率曲线分布特点，所述凹面全反射镜2上的激光光束半径可以减少到ω1，该ω1为有效高反射镀膜区半径，激光振荡模式的数量会减少，提高所述激光谐振腔的选模能力，改善输出激光的光束质量。
22.如图2所示为本发明实施例凹面全反射镜的反射率分布曲线示意图，图2中的曲线1是通常情况下激光全反镜的反射率分布情况，a为全反镜的物理半径，在整个全反镜的表面反射率≈1。
23.本发明实施例中凹面全反射镜2的反射率曲线如图2的曲线2所示，该凹面全反射镜2的反射率的值会随着镜片位置发生变化，当所述凹面全反射镜2径向距离r≤ω1时，反射率≈1，之后反射率的值呈阶梯式下降，直到为零。
24.所述凹面全反射镜2利用薄膜沉积制备，具体方法为：先在凹面全反射镜2全区域
上镀制好激光增透膜，然后增加挡板对超过ω1区域进行遮蔽；之后继续r≤ω1区域的薄膜沉积制备，在原增透膜的基础上进行膜系修正，从而将其转化为反射率≈1的激光高反膜。
25.这样当激光在谐振腔中振荡时，所述凹面全反射镜2镜面上r＞ω1区域的激光因为透射损耗过大，将无法运转，以此来提高横模鉴别能力，优化激光谐振腔的模式；
26.当ω1值越接近基横模在所述凹面全反射镜2镜面上的光斑半径，则激光谐振腔越接近tem
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模式，等效为减少其腔内菲涅尔数。
27.所述凹面全反射镜2的反射率曲线分布也可为高斯线型或超高斯分布。
28.所述激光增益介质3具体为激光晶体、激光玻璃、激光陶瓷或激光气体中的一种。
29.值得注意的是，本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
30.综上所述，本发明实施例所述激光器谐振腔可以提高激光器输出的光束质量，提高腔的选模能力，同时有效减少了激光谐振腔的元件数量，减轻谐振腔的重量，结构更为简单，不受腔内激光光强的限制，能够获得对称分布的输出光斑，光学调试也更为方便，也易于实现。
31.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术特征：1.一种激光器谐振腔，其特征在于，所述激光谐振腔由激光输出镜、凹面全反射镜和激光增益介质组成，其中：所述凹面全反射镜的反射率会随位置发生变化，从中心到边缘的反射率是逐渐降低的；当泵浦源对所述激光增益介质进行侧面泵浦后，所述激光增益介质中的低能级粒子因受激吸收变为高能级粒子，随着发生粒子数反转和受激辐射，当所述激光谐振腔内增益大于损耗时产生激光振荡；基于所述凹面全反射镜的反射率曲线分布特点，所述凹面全反射镜上的激光光束半径减少到ω1，该ω1为有效高反射镀膜区半径，激光振荡模式的数量会减少，提高所述激光谐振腔的选模能力，改善输出激光的光束质量。2.根据权利要求1所述激光器谐振腔，其特征在于，所述凹面全反射镜的反射率的值会随着镜片位置发生变化，当所述凹面全反射镜径向距离r≤ω1时，反射率≈1，之后反射率的值呈阶梯式下降，直到为零。3.根据权利要求1所述激光器谐振腔，其特征在于，所述凹面全反射镜利用薄膜沉积制备，具体方法为：先在凹面全反射镜全区域上镀制好激光增透膜，然后增加挡板对超过ω1区域进行遮蔽；之后继续r≤ω1区域的薄膜沉积制备，在原增透膜的基础上进行膜系修正，从而将其转化为反射率≈1的激光高反膜；这样当激光在谐振腔中振荡时，所述凹面全反射镜镜面上r＞ω1区域的激光因为透射损耗过大，将无法运转，以此来提高横模鉴别能力，优化激光谐振腔的模式；当ω1值越接近基模在所述凹面全反射镜镜面上的光斑半径，则激光谐振腔越接近tem
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模式。4.根据权利要求1所述激光器谐振腔，其特征在于，所述凹面全反射镜的反射率曲线分布具体为高斯线型或超高斯分布。5.根据权利要求1所述激光器谐振腔，其特征在于，所述激光增益介质具体为激光晶体、激光玻璃、激光陶瓷或激光气体中的一种。
技术总结本发明公开了一种激光器谐振腔，由激光输出镜、凹面全反射镜和激光增益介质组成，所述凹面全反射镜的反射率曲线分布是中心到边缘反射率逐渐降低；当泵浦源对所述激光增益介质进行侧面泵浦后，所述激光增益介质中的低能级粒子因受激吸收变为高能级粒子，随着发生粒子数反转和受激辐射，当所述激光谐振腔内增益大于损耗时产生激光振荡；基于凹面全反射镜的反射率曲线分布特点，凹面全反射镜上的激光光束半径减少到ω1，激光振荡模式的数量会减少。上述谐振腔仅通过设计全反镜的反射率分布，就可以使高阶模式无法振荡，降低激光输出模式数量，从而实现光束质量的控制。从而实现光束质量的控制。从而实现光束质量的控制。
技术研发人员：代守军 袁洪 黄旻 何建国 刘洋 张泽
受保护的技术使用者：中国科学院空天信息创新研究院
技术研发日：2022.07.14
技术公布日：2022/11/1
