CO2激光器线偏振光输出腔内起偏器的研究

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1、第18卷第3期激光技术Vol.18,No.31994年6月LASERTECHNOLOGYJune,1994CO2激光器线偏振光输出腔内起偏器的研究’_李晓平周风晴'明军卢宏许强华王金华陈淸明（华中理工大学激光技术IS家重点实验室•武汉.430074）摘要匕本文讨论了高功率CO,激光器线備振光输岀的获得途径和线｛•振镜的设计理论及制备技术•初步获得了多层介质结构的CO■激光器线振镜.关键词‘CO［激光趣线偏振镜IntrocavitypolarizationmirrorforhighpowerCO2laserLiXiaoping«ZhouFengqingtMingJun9LuHongXuQia

2、nghua«WangJinhua^ChenQingming(NationalLaboratoryofLaserTechnology>HUST)Abstract；ThewaytogainthehighpowerCOglaseroflinearpolarizationhasbeendiscussedinthispaper,andthetheoreticalstudyofintrocavitypolarizationmirrorhasbeenmadetoo.Withthemulti-layerfilmcoating9thepreparationandmeasurementoftheintroca

3、vitypolarizationmirroraredescribedindetail.Keywords•CO：laserpolarizationlockingmirror一、引言自高功率激光器用于工业加工以后的很长一段时间内，人们忽略了激光束偏扳状态的影响。一般认为，在激光加工过喪中，激光束是以法线方式入射被加工材料表面的，光能在材料中辎吞的大小与光束的偏扳状态没有关系.80年代初丹麦技术大学的Olsen等人发现■光束法向入射材料表面的这一假设仅在光与材料相互作用的最初阶段是正确的，一旦切口形成以后，光束实际上是以掠射方向入射于被加工材料表面的•所以，材料对入射激光能就的反射和吸收受切口或

4、焊缝倾斜等等都是由光的偏振状态造成的.光的偏振状态不仅是激光加工中不可忽略的重要因素，在某些情况下甚至是决定因素。因此，偏振技术对激光加工是十分重要的.奇功率CO,激光器的偏振技术包含两项内容，即圆偏振技术和线偏振技术，前者已得到解决，后者在国内尚属空白..到激光束偏振状态的强烈制约⑴•例如•光切割或焊接时,不同方向切口或焊縫宽度不一致.本文论述线偏振光的获得途径,研究奇功率线偏振光束腔内起偏器（简称线偏振镜）设计139理论与制备技术.二、原L获J导践偏抹光的途径产生线偏振的方法有两沖•一是研制输岀光为线偏振光的激光器•二是由激光器输岀的混合偏振光经过光路元件转换变为缪偏振光・方法一的实质

5、足研制出为线•石蘇禹谐振腔•即在一般的谐振腔中增加一个薄膨型起偏器形成折賢腔•如图1所示。它是利用光波垂直于入射面的分逐S波和平行于入射面分世P波在倾斜入射于薄膜型反射式起偏器时存在显著反射率差别•造成两个光波分量在胶中双.程损耗的显著差別，通过谐振腔的模式竞争机制，抑制低阶反射率分量的激光振荡，使输出为线偏振光。方法二是研制放在激光器外面光路上的outputwjndow•highrefieciivemlrrorFig・】S

6、光功率降低一半左右。二是由于激光器中心波长为10・6卩m■在此波段内有显著双折射效应的晶体尚未发现•而采用多次叠加的长波通滤光片光学损耗太大•也不宜实用。产生线偏振最好的方法是激光器直接输出线偏振光，即在谐振腔中增加一个薄膜型反射式起偏器形成折叠腔。薄膜型腔内起偏器各膜层厚度是非四分之一波长厚度•且各层厚度都不一样，没有周期性•这给制备造成很大困难•使它进入最复杂最困难的光学薄膜之列。2.设计要朮.第一波和p波的反射率相差越大越好■同时由于谐振腔本身的模式选择作用（抑制损耗大的光波分量的振荡）•所以两个反射分董的反射率差值只需大于30%即可。第二，在最终激光振荡输岀时•光腔的光强极大，为了

7、使镜片不会因吸收而炸製，必须使其中高反射率分量的反射率值大于99.5%・由此可以看出，设计条件为；（1）镜面对s波和p破的反射率差，即—&和&中较高一个反射率分童应大于99.5%•⑶消光比K尸"”厂■八5・我们开始设计的线倫振的结构如下：基片为单晶硅&•衬底为如M。或金Au或银Ag・介质材料为低折射率材料氟化钗BaF2与商折射率材料硒化锌ZnSc,低折射率材料疏化锌ZnS与高折射率材料诸Ge,介质膜层数都是偶数.分別足8