技术领域
背景技术
[0002] 目前，各类激光器已广泛应用于军事、民用和科学研究等领域。然而，由于大多数激光器（特别是高功率激光器）产生的模式是多模，其光束发散
角大，光束中心的光强并不非常明显地高于光束边缘的光强，光束的
稳定性也较差。采取“小孔光阑”限模法、“软边光阑”选模法等虽可得到基横模，却又使激光的功率大大下降，效率很低，效果并不理想。
[0003] 通过在激光器的
谐振腔内设置特定厚度的
相位片，利用光束相干
叠加的原理，可以获得光束发散角较小、光强强度较大的
激光束。然而，该种激光器仍存在着某些不足之处，如激光束的中心光斑的尺寸还不够小，功率
密度尤其是中心功率密度不够大，远距离传输时损耗较高等。
发明内容
[0004] 有鉴于此，确有必要提供一种能够获得具有较小光束发散角、较长焦深、较高功率密度、远距离传输时较小损耗的激光束的激光器。
[0005] 本发明提供一种激光器，其包括一全反镜、一输出镜、一
放电管和一工作介质，其中，所述全反镜和输出镜分别设置于所述放电管的两端，由所述全反镜、输出镜和放电管组成一谐振腔，所述工作介质填充于所述谐振腔内，所述全反镜具有一反射面，所述反射面上设置有微结构，所述微结构包括至少一个凹孔。
[0006] 进一步地，所述微结构包括多个间隔设置的凹孔。
[0007] 进一步地，所述微结构包括至少一个凹孔台阶。
[0008] 进一步地，所述微结构包括多个间隔设置的凹孔台阶。
[0009] 进一步地，所述凹孔的深度及直径均在0.5λ~2λ之间；任意两个相邻的所述凹孔或凹孔台阶之间的间距均在0.5λ~20λ之间；其中，λ为所述激光器的工作
波长。
[0010] 与
现有技术相比，本发明至少具有以下优点：第一，利用本发明的激光器获得的激光束，其光斑直径非常小，达到微米级；第二，利用本发明的激光器获得的激光束，其功率密度大，尤其是其中心功率密度大,因此可广泛应用于切割、
焊接等工业加工中；第三，利用本发明的激光器获得的激光束，其具有很长的焦深，因此在远距离传输时损耗较小。
附图说明
[0011] 图1为本发明
实施例一提供的激光器的结构示意图。
[0012] 图2为本发明实施例一提供的激光器中的全反镜的结构示意图。
[0013] 图3为本发明实施例二提供的激光器的结构示意图。
[0014] 图4为本发明实施例二提供的激光器中的全反镜的平面示意图。
[0015] 图5为本发明实施例三提供的激光器的结构示意图。
[0016] 图6为本发明实施例三提供的激光器中的全反镜的平面示意图。
[0017] 图7为本发明实施例四提供的激光器的结构示意图。
[0018] 图8为本发明实施例四提供的激光器中的全反镜的平面示意图。
[0019] 主要元件符号说明
[0020]激光器 10，20，30，40
全反镜 102，202，302，402
反射面 1021，2021，3021，4021
本体 1020，2020，3020，4020
金属膜 1022，2022，3022，4022
输出镜 104，204，304，404
放电管 106，206，306，406
工作介质 108，208，308，408
谐振腔 110，210，310，410
微结构 112，212，312，412
凹孔 1120，2120，3120，4120
凹孔台阶 3122，4122
[0021] 如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
[0022] 下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的激光器做进一步的详细说明。
[0023] 实施例一
[0024] 请一并参见图1和图2，本发明实施例提供一种激光器10，其包括一全反镜102、一输出镜104、一放电管106和一工作介质108。其中，所述全反镜102和输出镜104分别设置于所述放电管106的两端。由所述全反镜102、输出镜104和放电管106组成一谐振腔110。所述工作介质108填充于所述谐振腔110内。所述全反镜102具有一反射面1021，所述反射面1021上设置有微结构112，所述微结构112为一凹孔1120。所述反射面1021设置在所述全反镜102靠近所述输出镜104的表面。本发明中所述的凹孔1120，是指一向远离所述反射面1021方向凹陷的孔状结构，其具有一深度及一直径。
[0025] 进一步地，所述激光器10还可包括
水冷套、
冷却水进口、冷却水出口、贮气套、连气管以及
电极等多个元件（图未示）。由于上述多个元件在本发明提供的激光器10中的结构及
位置关系等与其在现有技术的激光器中的结构及位置关系等均相同，故不再在此赘述。
[0026] 所述全反镜102为一球面反射镜，其
曲率半径大于等于0.5米且小于等于5米。
[0027] 所述全反镜102包括一本体1020及位于该本体1020表面的金属膜1022。所述金属膜1022可通过电
镀、蒸镀、溅射、
喷涂或沉积等方式形成于所述本体1020表面。所述本体1020的材料可选择不易受热
变形的非金属材料，如
硅、
二氧化硅或
碳化硅等。本发明实施例中，优选硅作为所述本体1020的材料。所述本体1020的直径可选在5毫米至50毫米之间。本发明实施例中，所述本体1020的直径为20毫米。所述本体1020的厚度可选在2毫米至20毫米之间。本发明实施例中，该本体1020的厚度为5毫米。所述金属膜1022的材料可选择熔点较高、不易氧化且可形成
表面等离子体的金属，如金、铂或钯等。本发明实施例中，优选金作为所述金属膜1022的材料。所述金属膜1022的厚度大于其趋肤深度。优选地，所述金属膜1022的厚度大于等于50纳米。
[0028] 所述微结构112靠近所述全反镜102的反射面1021的中心设置。所述微结构112的材料与所述本体1020的材料相同，通过与所述本体1020一体成型制备，而所述金属膜1022形成于所述本体1020和微结构112的表面。
[0029] 所述凹孔1120的形状不限，可以为圆柱、圆台、棱柱或棱台等。本发明实施例中，所述凹孔1120为一圆柱形。
[0030] 所述凹孔1120的深度与该激光器10的工作波长有关。具体地，所述凹孔1120的深度在0.5λ~2λ之间，其中，λ为所述激光器10的工作波长。所述激光器10的工作波长与所述工作介质108的选择有关。优选地，所述凹孔1120的深度为0.5λ。本发明实施例中，所述工作介质108为二氧化碳，其工作波长为10.6微米，因此，该凹孔1120的深度可选在0.5微米至21.2微米之间。优选地，该凹孔1120的深度为5.3微米。
[0031] 所述凹孔1120的直径也与该激光器10的工作波长有关。具体地，所述凹孔1120的直径也在0.5λ~2λ之间。优选地，所述凹孔1120的直径为0.5λ。本发明实施例中，由于所述工作介质108为二氧化碳，因此，所述凹孔1120的直径优选为5.3微米。
[0032] 所述凹孔1120位于所述全反镜102的反射面1021的中心。
[0033] 所述输出镜104为一平面输出镜。所述输出镜104的直径可与所述全反镜102的本体1020的直径相同。本发明实施例中，该输出镜104的直径为20毫米。所述输出镜104对光具有一定的反射率。该输出镜104的反射率在25%至55%之间。所述输出镜104的材料可选择锗、硒化锌及砷化镓中的一种。本实施例中，所述输出镜104的材料为硒化锌。
[0034] 所述放电管106为一
石英玻璃管。该放电管106的直径小于所述输出镜104的直径，具体地，所述放电管106的直径在2毫米至10毫米之间。优选地，该放电管106的直径在5毫米至6毫米之间。本发明实施例中，该放电管106的直径为5毫米。
[0035] 所述谐振腔110的腔长在400毫米至800毫米之间。优选地，所述谐振腔110的腔长为500毫米至600毫米之间。本发明实施例中，所述谐振腔110的腔长为600毫米。
[0036] 所述工作介质108可以为气体，如二氧化碳、氦气、氖气、氮气或
一氧化碳；所述工作介质108也可以为固体、液体或
半导体。本发明实施例中，所述工作介质108为二氧化碳。
[0037] 实施例二
[0038] 请一并参见图3和图4，本发明实施例提供一种激光器20，其包括一全反镜202、一输出镜204、一放电管206和一工作介质208。其中，所述全反镜202和输出镜204分别设置于所述放电管206的两端。由所述全反镜202、输出镜204和放电管206组成一谐振腔210。所述工作介质208填充于所述谐振腔210内。所述全反镜202具有一反射面2021，所述反射面2021上设置有微结构212。所述反射面2021设置在所述全反镜202靠近所述输出镜204的表面。所述微结构212包括多个间隔设置的凹孔2120。所述多个间隔设置的凹孔2120形成一阵列。
[0039] 本实施例二与实施例一的区别在于，本实施例二中，所述微结构212包括多个间隔设置的凹孔2120。
[0040] 所述多个凹孔2120可具有相同的深度或具有不同的深度。优选地，本发明实施例中，该多个凹孔2120具有相同的深度。该多个凹孔2120具体的深度值与该激光器20的工作波长有关。具体地，所述多个凹孔2120的深度均在0.5λ~2λ之间，其中，λ为所述激光器20的工作波长。所述激光器20的工作波长与所述工作介质208的选择有关。优选地，所述多个凹孔2120的深度均为0.5λ。本发明实施例中，所述工作介质208为二氧化碳，其工作波长为10.6微米，因此，该多个凹孔2120的深度均可选在0.5微米至21.2微米之间。优选地，该多个凹孔2120的深度均为5.3微米。
[0041] 所述多个凹孔2120的直径也与该激光器20的工作波长有关。具体地，所述多个凹孔2120的直径也均在0.5λ~2λ之间。优选地，所述多个凹孔2120的直径均为0.5λ。本发明实施例中，由于所述工作介质208为二氧化碳，因此，所述多个凹孔2120的直径均为5.3微米。
[0042] 任意两个相邻的所述凹孔2120之间的间距在0.5λ~20λ之间。优选地，任意两个相邻的所述凹孔2120之间的间距均相等，为0λ。本发明实施例中，由于所述工作介质208为二氧化碳，所以，任意两个相邻的所述凹孔2120之间的间距均为10.6微米。
[0043] 所述多个凹孔2120靠近所述全反镜202的反射面2021中心分布。优选地，所述多个凹孔2120以所述全反镜202的反射面2021的中心为对称点，对称分布于所述全反镜202的反射面2021上。所述多个凹孔2120形成于所述全反镜202的反射面2021上的方法不限，如可通过先
刻蚀再
镀膜的方式形成于所述全反镜202的反射面2021上。
[0044] 实施例三
[0045] 请一并参见图5和图6，本发明实施例提供一种激光器30，其包括一全反镜302、一输出镜304、一放电管306和一工作介质308。其中，所述全反镜302和输出镜304分别设置于所述放电管306的两端。由所述全反镜302、输出镜304和放电管306组成一谐振腔310。所述工作介质308填充于所述谐振腔310内。所述全反镜302具有一反射面3021，所述反射面3021上设置有微结构312。所述反射面3021设置在所述全反镜302靠近所述输出镜304的表面。所述微结构312为一凹孔台阶3122，所述凹孔台阶3122由多个凹孔3120依直径大小层叠设置而成，其中，越靠近所述反射面3021设置的凹孔3120直径越大，越远离所述反射面3021设置的凹孔3120直径越小。
[0046] 本实施例三与实施例一的区别在于，本实施例三中，所述微结构312为一凹孔台阶3122。
[0047] 所述凹孔台阶3122中每级台阶的深度分别对应每个凹孔3120的深度。每个凹孔3120的深度可选在0.5λ~2λ之间。优选地，每个凹孔3120的深度均为0.5λ。该凹孔台阶3122的深度为所有凹孔3120的深度的总和。所述凹孔台阶3122的深度可在λ~6λ之间。优选地，该凹孔台阶3122由两个凹孔3120层叠而成，且每个凹孔3120的深度均为0.5λ。
[0048] 所述凹孔台阶3122中每级台阶的直径分别对应每个凹孔3120的直径。每个凹孔3120的直径可选在0.5λ~2λ之间。优选地，所述凹孔台阶3122由两个凹孔3120层叠而成，且其中一个凹孔3120的宽度为0.5λ，另一个凹孔3120的宽度为λ。
[0049] 所述凹孔台阶3122靠近所述全反镜302的反射面3021的中心分布。优选地，所述凹孔台阶3122以所述全反镜302的反射面3021的中心为圆心设置。所述凹孔台阶3122可以通过先刻蚀再镀膜的方式形成于所述全反镜302的反射面3021上。
[0050] 实施例四
[0051] 请一并参见图7和图8，本发明实施例提供一种激光器40，其包括一全反镜402、一输出镜404、一放电管406和一工作介质408。其中，所述全反镜402和输出镜404分别设置于所述放电管406的两端。由所述全反镜402、输出镜404和放电管406组成一谐振腔410。所述工作介质408填充于所述谐振腔410内。所述全反镜402具有一反射面4021，所述反射面4021上设置有微结构412。所述反射面4021设置在所述全反镜402靠近所述输出镜404的表面。所述微结构412包括多个间隔设置的凹孔台阶4122，每个凹孔台阶4122由多个凹孔4120依直径大小层叠设置而成，其中，越靠近所述反射面4021设置的凹孔4120直径越大，越远离所述反射面4021设置的凹孔4120直径越小。
[0052] 本实施例四与实施例三的区别在于，本实施例四中，所述微结构412包括多个间隔设置的凹孔台阶4122。
[0053] 所述凹孔台阶4122的结构、尺寸参数与实施例三中的凹孔台阶3122的结构、尺寸参数相同。
[0054] 任意两个相邻的所述凹孔台阶4122之间的间距在0.5λ~20λ之间。本发明实施例中，任意两个相邻的所述凹孔台阶4122之间的间距均为λ。
[0055] 多个凹孔台阶4122以所述全反镜402的反射面4021的中心为对称点，对称分布于所述全反镜402的反射面4021上，其中一个凹孔台阶4122位于所述全反镜402的反射面4021的中心。所述多个凹孔台阶4122形成于所述全反镜402的反射面4021上的方法不限，如可通过先刻蚀再镀膜的方式形成于所述全反镜402的反射面4021上。
[0056] 本发明通过在激光器的全反镜上设计不同凹孔结构的微结构，并配合激光器内工作介质的种类设计微结构的特定尺寸，从而在激光器工作时，在其谐振腔内产生了很强的
表面等离子体共振效应，进而增强了所获得的激光束的
质量。
[0057] 与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：第一，利用本发明的激光器获得的激光束，其光斑直径非常小，达到微米级；第二，利用本发明的激光器获得的激光束，其功率密度大，尤其是其中心功率密度大,因此可广泛应用于切割、焊接等工业加工中；第三，利用本发明的激光器获得的激光束，其具有很长的焦深，因此在远距离传输时损耗较小。
[0058] 另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
