传导冷却式平板激光器制造技术

将二氧化碳气体放电平板激光器组装在激光器壳体中。激光器壳体由中空挤压件形成。挤压件的内表面提供了激光器的接地电极。另一个带电电极位于挤压件内，与接地电极电绝缘并平行于接地电极，从而形成了平板激光器的放电间隙。电极由平行的陶瓷条间隔开。挤压件和带电电极均不包括任何直接的流体冷却装置。激光器壳体通过安装在其外部的流体冷却板进行冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】传导冷却式平板激光器
本专利技术总体上涉及二氧化碳(CO2)激光器。本专利技术尤其涉及具有平板构造的脉冲CO2气体放电激光器。
技术介绍
CO2激光器已经在工业过程中使用了数十年，其中CO2激光器的红外(IR)波长和相对较高的功率是有利的。CO2激光器中的激光介质是气体混合物中的气体放电。气体混合物通常包含10％至20％的CO2，并保持在小于一个大气压的压力下。通过在两个电极之间施加电流或射频(RF)场，为混合气体通电以产生气体放电。CO2激光器可以在大约9微米(μm)到大约11μm的红外波长范围内输出激光辐射。CO2激光器可以被配置为波导激光器或平板激光器。在波导CO2激光器中，气体放电是在较长且较窄的波导中建立的。激光谐振器由位于波导两端的谐振器镜围绕受激励的气体混合物形成，该谐振器镜沿纵向方向引导激光辐射。窄波导在两个相互正交的横向方向上约束一个或多个激光辐射模式。在多次通过气体放电过程中，受激发射会放大激光辐射。这种CO2波导激光器能够提供固有的高质量输出光束，具有良好的功率和波长稳定性，但平均功率较低。通常，平均功率小于约150瓦(W)。在美国专利号6,192,061和美国专利号6,788,722中描述了这种波导CO2激光器，它们各自由本专利技术的受让人拥有，并且每个的完整公开内容通过引用合并于本文中。在平板式CO2激光器中，在两个紧密间隔的电极的平坦波导表面之间的空间中建立气体放电。激光谐振器通过两个谐振器镜在受激励的气体混合物周围形成。在一个横向方向上，两个电极之间的小间隙(“放电间隙”)定义了一个约束激光辐射模式的波导。在正交的横向方向上，谐振器镜通常限定不稳定的激光谐振器。激光辐射以近似准直的光束的形式从不稳定的激光谐振器出射，穿过谐振器镜之一中的孔或经过谐振器镜之一的外边缘。在美国专利号6,256,332和美国专利号7,263,116中描述了这种平板式CO2激光器，它们各自由本专利技术的受让人拥有，并且每个的完整公开内容通过引用合并于本文中。这种平板式CO2激光器能够以高达约8千瓦(kW)的平均功率传送输出光束。但是，输出光束固有地具有细长的横截面。需要附加的光束调节光学器件，以将输出光束转换成更有用的横截面形状。例如，圆形。平板式CO2激光器通常以脉冲模式运行，以提供具有高峰值功率的激光辐射脉冲。在许多工业激光工艺中，较高的平均功率可转换为较高的吞吐量。工艺效率证明了激光成本与平均功率成正比。通常，成本缩放源自需要提供复杂的冷却装置以应对以高平均功率运行时产生的废热。通常，迫使流体冷却剂通过一个或两个电极内的通道。替代地，迫使空气穿过与电极中的一个或两个直接热接触的金属散热片阵列。在许多应用中，液态水是一种优选的冷却剂，因为水具有相对较高的热容量，可以有效地去除大量的废热；并且与同等的强制空气冷却相比，流体冷却产生的声学噪音更少。近年来，脉冲平板式CO2激光器已越来越多地用于牙科应用，包括硬组织和软组织手术，其中相对较长的IR波长允许同时切割和凝结。工业平板激光器的相对较高的成本对于牙科实践是禁止的，在牙科实践中可获得其他外科手术替代方案，尽管对于外科医生而言较不方便并且对于患者而言通常更加痛苦。使用CO2激光器进行牙科手术通常需要相对较高的峰值功率，但是这可能是在相对较低的占空比下进行的，因此高平均功率几乎没有用处。需要一种能够以高峰值功率，但以相对较低的平均功率传送辐射的CO2平板激光器，从而消除了增加成本的复杂冷却装置的需求。专利技术概述一方面，根据本专利技术的气体放电平板激光器包括激光壳体，该激光壳体包括具有其内表面的细长的中空挤压件，从而形成第一细长电极。第二细长电极位于细长挤压件中。第二细长电极间隔开并平行于第一细长电极。间隔开的第一和第二细长电极限定了平板激光器的放电间隙。细长挤压件和第二细长电极均不包括任何流体冷却装置。第一和第二细长电极由第一和第二细长陶瓷条间隔开，该第一和第二细长陶瓷条在横向上是分开的并且彼此平行。附图说明结合在说明书中并构成说明书的部分的附图示意性地示出了本专利技术的优选实施方案，并且与以上给出的一般描述和以下给出的优选实施方案的详细描述一起用于解释本专利技术的原理。图1是透视图，示意性地示出了现有技术的CO2平板激光器的基本特征和功能。图2是局部剖开的透视图，示意性地示出了根据本专利技术的CO2平板激光器的一个优选实施方案，包括细长的中空挤压件，该挤压件为激光器提供了接地电极，通过一对细长的陶瓷条将带电电极与接地电极间隔开，这些陶瓷条的边缘限定了激光器的放电容积的宽度。图3是局部剖开的透视图，示意性地示出了根据本专利技术的CO2平板激光器的另一优选实施方案，类似于图2的实施方案，但是两个电极由细长的陶瓷构件间隔开，该陶瓷构件具有沿其延伸的平行的凸起边缘，该凸起边缘限定了激光器的放电容积的宽度。图4是局部剖开的透视图，示意性地示出了根据本专利技术的CO2平板激光的另一优选实施方案，类似于图2的实施方案，但是，其中放电容积的宽度由沿着接地电极延伸的相互分开且平行的槽限定。图5是沿图4的方向5-5大体看的剖视图，示意性地示出了附接到细长挤压件的上部和下部外表面的流体冷却的冷却板。图6是剖开的透视图，示意性地示出了根据本专利技术的CO2平板激光器的又一优选实施方案，类似于图2的实施方案，但是其中每个细长的陶瓷条由多个陶瓷段形成。专利技术详述现在转到附图，其中相同的特征由相同的附图标记表示。图1是透视图，示意性地示出了现有技术的CO2平板激光器10的基本特征和功能。激光器10包括分别具有矩形形状的上电极12和下电极14。电极彼此间隔开并且彼此平行，从而在电极之间限定出放电间隙16。在大功率平板激光器，特别是多千瓦平板激光器中，通常提供通过电极的直接流体冷却，如图中针对上电极12所示的。放电间隙16位于由凹面镜18和20形成的不稳定的谐振器中。RF电源22电连接到上电极12。下电极14接地。通常，电极位于包含气体混合物的气密壳体(未示出)内。用于CO2放电激光器的气体混合物在本领域中是众所周知的。成分气体和压力可能会根据制造商的偏好而有所不同，通常是专有的。当将RF功率施加到上电极12以使气体混合物通电时，气体放电进入放电间隙16，从而在由反射镜18和20形成的谐振器中提供光学增益。由虚线24表示，激光辐射在谐振器中循环，并由放电间隙16中的气体放电提供的光学增益逐渐放大。逐渐放大的激光辐射充满反射镜20。其一部分从谐振器溢出，经过反射镜18，作为虚线26指示的输出激光辐射。输出激光辐射26为具有矩形横截面的扩展光束的形式。可选地，可以设置光束调节光学器件28以将光束转换成更有用的形式，例如具有大约圆形横截面的准直光束30。光束调节光学器件通常位于气密性壳体的外部。这样的光束调节光学器件在本领域中是众所周知的，并且对于理解CO2平板激光器的原理而言，其详细描述不是必需的。图2是局部剖开的透视图，示意性地示出了根据本专利技术的CO2平板激光器的一个优选实施方案40。激光器40具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.气体放电平板激光器，包括：/n激光器壳体，包括细长的中空挤压件，该细长的中空挤压件的内表面形成第一细长电极；/n位于细长挤压件内的第二细长电极，所述第二细长电极与所述第一细长电极间隔开并平行于所述第一细长电极，间隔开的第一和第二细长电极限定了所述平板激光器的放电间隙，所述细长挤压件和所述第二细长电极均不包括任何流体冷却装置；并且/n其中，所述第一和第二细长电极被横向分开且彼此平行的第一和第二细长陶瓷条间隔开。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180307 US 15/914,3431.气体放电平板激光器，包括：
激光器壳体，包括细长的中空挤压件，该细长的中空挤压件的内表面形成第一细长电极；
位于细长挤压件内的第二细长电极，所述第二细长电极与所述第一细长电极间隔开并平行于所述第一细长电极，间隔开的第一和第二细长电极限定了所述平板激光器的放电间隙，所述细长挤压件和所述第二细长电极均不包括任何流体冷却装置；并且
其中，所述第一和第二细长电极被横向分开且彼此平行的第一和第二细长陶瓷条间隔开。


2.根据权利要求1所述的平板激光器，还包括第一流体冷却板，所述第一流体冷却板邻近所述第一细长电极附接到所述细长挤压件的第一外表面。


3.根据权利要求2所述的平板激光器，还包括第二流体冷却板，该第二流体冷却板附接到所述细长挤压件的第二外表面，所述第二外表面位于所述细长挤压件的与所述第一外表面相反的一侧。


4.根据权利要求1所述的平板激光器，其中，所述第一和第二细长陶瓷条的边缘之间的间隔限定了放电容积的宽度。


5.根据权利要求1所述的平板激光器，还包括在所述内表面中并沿着所述细长挤压件延伸的第一对凹槽，所述第一对凹槽相互分离且彼此平行，所述第一对凹槽的边缘之间的距离限定了放电容积的宽度。


6.根据权利要求5所述的平板激光器，还包括沿着所述第二细长电极延伸并与所述第一对凹槽对准的第二对凹槽，所述第二对凹槽的边缘之间的距离进一步限定了放电容积的宽度。


7.根据权利要求1所述的平板激光器，其中，所述平板激光器是具有二氧化碳气体混合物的二氧化碳平板激光器。


8.根据权利要求1所述的平板激光器，其中，所述平板激光器是具有一氧化碳气体混合物的一氧化碳激光器。


9.根据权利要求1所述的平板激光器，其中，所述细长挤压件由铝制成。


10.根据权利要求1所述的平板激光器，其中，所述细长陶瓷条由由氮化铝、氧化铝和氧化铍组成的一组陶瓷中的一种制成。


11.根据权利要求1所述的平板激光器，其中，所述第一和第二陶瓷条分别由多个稍微分开的陶瓷段形成。


12.气体放电平板激光器，包括：
激光器壳体，包括细长的中空挤压件，该细长的中空挤压件的内表面形成第一细长电极；
第二细长电极，位于细长挤压件内，所述第二细长电极与所述第一细长电极间隔开并平行于所述第一细长电极，所述细长挤压件和所述第二细长电极均不包括任何流体冷却装置；并且
其中，所述第一和第二细长电极被位于细长电极之间的细长陶瓷构件间隔开，该细长陶瓷构件具有第一和第二凸起边缘，所述第一和第二凸起边缘的共同高度限定了所述平板激光器的放电间隙。


13.根据权利要求12所述的平板激光器，还包括第一流体冷却板，所述第一流体冷却板邻近所述第一细长电极附接到所述细长挤压件的第一外表面。

【专利技术属性】
技术研发人员：E·R·米勒，V·A·塞金，C·沙克尔顿，
申请(专利权)人：相干公司，
类型：发明
国别省市：美国;US