气体激光器中的增强型波导表面制造技术

本申请涉及气体激光器中的增强型波导表面。一种激光器可包括至少部分限定波导厚板激光腔的陶瓷芯体。所述波导厚板激光腔的内表面涂覆有一层金属。所述激光器还包含在所述波导厚板激光腔中形成谐振器的一组反射镜。所述激光器还包含电极，其定位成使得在激发信号施加到所述电极时激发所述波导厚板激光腔中所含有的激光气体。在其它实施例中，所述芯体可由除陶瓷以外的材料形成。另外或替代地，所述层可由除金属以外的材料形成。可由除金属以外的材料形成。可由除金属以外的材料形成。

【技术实现步骤摘要】
气体激光器中的增强型波导表面
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本申请要求2019年8月19日提交的第62/888,741号美国临时专利申请的权益，所述临时专利申请的整个公开内容以引用的方式并入本文中。


[0003]本公开大体上涉及激光器，且更确切地说涉及波导气体激光器。

技术介绍

[0004]激光器(例如，气体激光器)通过如下方式操作：将能量抽吸到活性介质(例如，气体，比如二氧化碳(CO2))以便提取所述能量中的一些能量作为有用的激光用于雕刻、切割或其它应用。在CO2激光器(例如，其中活性介质为CO2的激光器)中，抽吸包括跨其中存在活性介质的谐振器进行放电。通常，抽吸能量越大，则可生成的激光越多，直至饱和点，当超出饱和点时，激光输出保持恒定乃至减小。对于所有类型的激光器，重要参数是输出功率随时间的一致性。所述一致性通常测量为在例如30分钟等指定间隔内功率的百分比变化。CO2激光器常常在无功率的闭合环路反馈的情况下操作。如此，CO2激光器可经历固有功率变化，经受内部加热和环境因素。激光器的性能的其它量度为“上升时间”和“下降时间”，其指代由谐振器发射的激光响应于激光气体(例如，活性介质，也称为增益介质)的电抽吸多快地接通和关断。虽然存在来自电路的一些贡献，但针对上升时间和下降时间的限制性因素对于激光气体和谐振器的设计是固有的。
[0005]在射频(RF)驱动的CO2激光器中，例如气体电离速率和离散增益等机制对上升和下降时间强加下限。激光器的性能的另一显著量度是壁式插座效率。壁式插座效率是针对由产生激光的设备消耗的给定功率量生成多少激光功率的量度。举例来说，从设施电源插座汲取1,000瓦电力的100瓦激光器的效率将为10％。注入到增益介质中的许多功率作为激光形成过程的一部分而变为废热。然而，可通过优化增益介质(例如，气体混合物)、较激进的冷却技术和/或减小谐振器光学损耗来改进效率。
[0006]激光器的性能的另一重要量度是激光器的光输出的偏振可受控的程度。来自激光器的光输出可100％偏振、0％偏振(即，非偏振)，或0-100％偏振之间(即，部分偏振)。偏振的控制在例如激光雕刻、打标或切割等材料处理应用中很重要。通过例如来自反射镜和波导表面的偏振相依反射率等内部谐振器性质来确定激光的偏振度(DOP)和偏振状态(SOP)。除上文所论述的激光器的性能方面之外，另一重要参数是可靠性，因为增益介质内的不同气体的比率可随时间改变。此外，谐振器内的波导的表面可能随时间降级，从而归因于波导表面内激光的吸收和/或激光从波导表面的散射而产生损耗。

技术实现思路

[0007]在一个实施例中，提供一种激光器。所述激光器包含陶瓷芯体，其限定含有激光气体的气密罩壳。所述气密罩壳限定波导厚板激光腔。波导厚板激光腔的内表面涂覆有一层
金属。激光器还包含多个反射镜，其在波导厚板激光腔中形成谐振器。激光器另外包含多个电极，其定位在气密介电罩壳外部使得在激发信号施加到所述多个电极时激发波导厚板激光腔中所含有的激光气体。
[0008]在一些实施例中，所述金属可以是金。所述金属可另外或替代地包含银、铜、镍和/或铂。层的厚度可为小于一微米到超过一百微米的范围。在一些实施例中，金属层是不连续的。举例来说，层可由跨波导的内表面的一组金属条带形成。在其它实施例中，层可通过在内表面上溅镀金属的沉积物而形成。层可具有比陶瓷大的光学反射率。另外或替代地，层可比陶瓷更平滑。在一些实施例中，层可利用玻璃粘结剂结合到波导的内表面。在一些实施例中，层可包含金纳米粒子。
[0009]在另一实施例中，提供一种激光器。所述激光器包含芯体，其由第一材料形成且至少部分限定波导厚板激光腔。波导厚板激光腔的内表面涂覆有不同于第一材料的一层第二材料。所述激光器还包含多个反射镜，其在波导厚板激光腔中形成谐振器。此外，激光器包含多个电极，其定位成使得在激发信号施加到所述多个电极时激发波导厚板激光腔中所含有的激光气体。
[0010]在一些实施例中，芯体中使用的第一材料可包含金属或玻璃。在一些实施例中，第一材料包含陶瓷。此外，第二材料可包含金。层中使用的第二材料可具有比芯体中使用的第一材料大的光学反射率。
[0011]在又一实施例中，提供一种激光器。所述激光器包含芯体，其由第一材料形成且至少部分限定波导厚板激光腔。波导厚板激光腔的内表面涂覆有不同于第一材料的一层第二材料。在一些实施例中，内表面涂覆有多个层，所述多个层被配置成作为利用光学干涉来增加激光器的功率输出的介电激光反射镜的多个层操作。在一些实施例中，第一材料可包含陶瓷，而第二材料可包含金。
附图说明
[0012]图1是根据一个说明性实施例具有拥有增强型表面的波导谐振器的气体激光器的若干组件的分解视图。
[0013]图2是图1的气体激光器的陶瓷芯体的一个说明性实施例的图式，其中波导谐振器的内表面涂覆有金。
[0014]图3是根据一个说明性实施例的已组装的激光器的示意图。
[0015]图4是图3的激光器的若干组件的部分分解视图。
[0016]图5是沿线5-5截取的图3的激光器的若干组件的横截面图。
具体实施方式
[0017]为了便于理解本专利技术的原理，现在将参考附图中展示的说明性实施例，并且将使用特定的语言来描述这些说明性实施例。
[0018]图1-5的图式中展示根据本公开的激光器10的一个说明性实施例。激光器10说明性地体现为陶瓷芯体波导激光器，其中波导谐振器的内表面涂覆有金。相比于典型的气体激光器，激光器10增强型波导表面延伸激光输出的范围。更确切地说，增强型波导表面可提供饱和点，所述饱和点是无增强型波导表面(例如，无涂层)的等效激光器所提供的饱和点
的至少两倍高。此外，增强型波导表面大大减少功率变化。也就是说，与利用波导的典型气体激光器(例如，约10％的功率变化)相比，增强型波导表面实现激光器10的功率输出的更大稳定性(例如，小于3％的功率变化)。此外，增强型波导表面显著缩短上升和下降时间，从约75微秒到约20微秒。此外，相比于典型的气体激光器，增强型波导表面可改进壁式插座效率(例如，减小作为光形成过程的一部分产生的废热的量)。此外，增强型波导表面促进支持规定的偏振(例如，借此改进偏振性质的控制)的谐振器的设计。举例来说，裸的波导表面(例如，由陶瓷芯体形成，比如主要由氧化铝制成的芯体)展现偏振非相依反射率。因此，陶瓷芯体的输出为非偏振的。可使波导的增强型表面偏振相依来支持来自激光器10的光输出的高达100％偏振。
[0019]在可靠性方面，增强型波导表面可减小气体组分(例如，增益介质内气体的混合物)耗损(例如，解离为不同气体和/或以其它方式从预定义比率改变)的速率。也就是说，在典型的气体激光器中，CO2群体的一部分可解离为CO和O。因此，所述群体的所述部分可不再有助于激光器操作。长期，在此类激光器中，CO和O可通过吸收、氧化或其它途径而永久分离。本文中所公开的增强型波导表面可有利于将CO和O重组为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光器，其包括：芯体，其由第一材料形成且至少部分限定波导厚板激光腔，其中所述波导厚板激光腔的内表面涂覆有不同于所述第一材料的第二材料层；多个反射镜，其在所述波导厚板激光腔中形成谐振器；以及多个电极，其定位成使得在激发信号施加到所述多个电极时激发所述波导厚板激光腔中的激光气体。2.根据权利要求1所述的激光器，其中所述第一材料包括陶瓷。3.根据权利要求2所述的激光器，其中所述第二材料包括金。4.根据权利要求2所述的激光器，其中所述第二材料为银、铜、镍或铂。5.根据权利要求2所述的激光器，其中所述陶瓷芯体限定含有所述激光气体的气密罩壳，且其中所述多个电极定位在所述气密罩壳外部。6.根据权利要求5所述的激光器，其中所述第二材料为金。7.根据权利要求1所述的激光器，其中所述陶瓷芯体是定位在含有所述激光气体的气密罩壳内的插入件，且其中所述多个电极定位在所述气密罩壳内部。8.根据权利要求7所述的激光器，其中所述第二材料为金。9.根据权利要求1所述的激光器，其中所述第一材料包括金属或玻璃。10.根据权利要求9所述的激光器，其中所述第二材料为金。...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾伦，
申请(专利权)人：依拉迪激光有限公司，
类型：发明
国别省市：