激光器的模式选择技术制造技术

本发明专利技术公开了激光器的模式选择技术，其中在激光器波导管表面上设置有凹部。所述凹部提供波导管内自由空间传播区域，其中优先选择最低阶模式。设置一种模式选择性射频激励板条CO2激光器，其在波导管尺寸内具有稳定的谐振器，在非波导尺寸内具有负支不稳定谐振器，考虑凹部的位置和大小、以提供低阶模式选择。

【技术实现步骤摘要】
激光器的模式选择技术
本专利技术涉及激光器的模式选择技术，尤其非限制性地涉及射频激励板条波导CO2激光器，其中在波导管的表面上设置了一个凹部，以在波导管内提供自由空间传播区域。该凹部的位置以及大小可以改变以提供模式选择。
技术介绍
在专利号为5,123,028、专利权人为美国Coherent公司的美国专利中公开了一种典型的射频激励板条波导CO2激光器。其中，一对具有外露的光反射面的矩形平面电极隔开分布，且其空间结构设置为可在垂直于反射面的平面上导光，例如：波导管。除非通过位于电极末端的谐振器反射镜，否则平行于反射面的光不会受到约束。谐振器的结构在非波导尺寸内设计为负支不稳定谐振器。稳定的谐振器用于波导尺寸内，但与导向末端相距的反射镜部分基于非稳定谐振器的配置。更确切地，选择电极长度并镜子位置的选择，使在反射镜位置处的稳定波导谐振腔的激光束的波前曲率半径大致与选择用于非稳定谐振腔的反射镜的曲率半径匹配。这对于所有激光器来说确实如此。否则路径不会自我重复从而不会得到激光。这篇专利的意思是：镜表面处的波前曲率半径大致与镜的曲率半径匹配，使大幅平面波前退出而重新进入波导管。上述专利技术的目的在于提供一种板条波导CO2激光器，该激光器性能稳定，并能在给定长度上产生高功率输出。在以下方面该专利技术有更多值得关注的特点：具有与波导管末端相间隔的谐振器，以降低损耗；具有改进的电极支撑结构，以允许电极的热膨胀；具有改进的冷却系统；具有反射镜支架，以从激光室外部进行调整；具有用于放电预电离的装置；还具有不限制放电的电极支撑结构。当该专利技术在快速重复率中取得高能时，模块的质量在波导管轴和非稳定谐振器轴上提供1.2的M2因子，没有进一步的措施来提高装置的模块质量。专利权人为俄罗斯的“GosudarstvennoyePredpriyatieNauchnoissledovatelskyInstitutLazernoyFizike”和日本的“AmadaCompany,Limited”公司的美国专利6,856,639中公开了一种高能板条式气体激光器。在该专利中，申请人认为美国专利5,123,028所描述的较早的激光器限制了输出功率，由于其要求电极不可以间隔2mm以上。他们认为需要2mm的限制以在窄的波导管轴容积内产生基本模式，这种激光激活区的容量的限制降低了可以获得的输出功率。专利号为6,856,639的美国专利公开了一种气体激光器，其包括一对长形电极，其用于限制所述长形电极的两个相对面之间的放电区域，其中该放电区域限定了纵向轴、宽轴以及窄轴。该气体激光器还包括位于所述放电区域的激光气体，以及用于电极通电以产生激光气体的激励装置。第一反射镜设置在这对长形电极的第一末端之前，其中所述第一反射镜与沿着纵向轴的第一末端间隔第一距离分布，第二反射镜设置在这对长形电极的第二末端之前。此外，该两个相对电极表面分别限定了电极曲率，这样的配置使相对于窄轴的基本横向辐射模式的波前在第一距离处与第一反射镜的镜面曲率大致重合。这种设置容许了通过电极实现基本横向模式，同时又容许了电极具有最小大约2.5mm至3.7mm的间隙相分隔。在电极的末端该间隙增加至3.5mm至6.0mm。这样的设置取得很好的模式选择，因为不存在设计在两个轴上提供基本模式自由空间传播的波导管，而在两个电极之间形成孔以优先选择基本模式。他们并没有说明功率随着激光激活区域的容量而增加。这种设计的最大缺点就是很难生产出这样的电极，因为必须在每个电极上加工出一种高公差的曲率。在结构周围反射镜的设置中也必须应用到这种公差，因此任何的计算错误或者偏差都可能大致影响到输出光束的质量。而且，热效应会使电极的曲率发生变化从而影响预测模式的质量。专利号为5,216,689的美国专利是上述美国专利5,123,028专利技术的一个继续，同样认为要分析电极。在其中的一个实施例中，在电极的末端形成了延伸，在该电极之间放电最小化。延伸形成了在电极的末端以及镜之间的重组面，使由放电产生的氧化物种到达反射镜之前消灭这些氧化物种。这种设置是用于防止镜的退化，但是对激光的模式选择操作没有效果。申请人为美国SynradInc.公司的美国专利5,892,782中，记载了一种激光器，其包括能从低增益激光介质中产生高质量激光的分裂波混合腔。所述分裂波混合腔包括谐振腔，该谐振腔由设置在激光介质相对末端的一对谐振器反射镜表面，以及设置在谐振腔相对两侧的一对谐振器壁形成。所述谐振器壁通过一间隔距离相互分隔设置，这样谐振腔具有在大约0.5和1.5之间的菲涅耳数。至少其中之一的谐振器壁具有第一环形振荡滤波器，其邻近于激光介质以在激光介质内滤去环形振荡。该滤波器以形成在一个或两个谐振器壁上的凹部的形式存在。一个或多个谐振器壁可能包括相互成角度的第一和第二壁部分，以形成波前分裂干涉仪。谐振器反射镜相对于谐振器壁偏离轴倾斜。这种激光器不设置电极以产生波导管。此外，滤波器的作用在于阻止杂质，而不是提供模式选择。在申请人为美国陆军部的美国专利4,710,941中记载了一种连续的CO2波导激光器，其中的电极设置为，或更准确地，加工为具有多个在其中的沿着电极等距分布的孔。这种穿孔电极结构能够释放大量的通常截留在电极之间的激励分子，容许基态分子进入，或者激发至较高的激光能级上，以此增加粒子数反转以及激光效率。这种设置的孔为针孔尺寸，且设置成不影响放电或者光束质量。这些孔并没有提供任何上网激光模式选择。在俄罗斯VAInstruments,公司的专利WO01/48880中，记载了一种气体激光器，其中的狭缝具有非稳定谐振器，其具有负支不稳定以及高频激励。所述激光器包括延伸的金属电极，该电极产生放电间隙。狭缝设置于放电区侧的电极表面上，且与激光光轴正交。该配置的电极产生了谐振器内导风管的结合，以此辐射沿着激光轴扩散，其通过在垂直于激光轴方向上来传播辐射的自己空间。该狭缝产生空间滤波器的系统，其用于选择激光辐射的主要模式，并减少激光光束离散的可能性。这篇专利教导了多个狭缝，至少有5至10个，且等距离的沿着两个电极分布，用于模式选择。每个狭缝的宽度和深度大概在1mm至5mm之间。但是并没有描述在光轴上的狭缝长度或者提供尺寸信息。因此，我们认为这篇专利的申请人并不认为长度对模式选择具有任何重要性。本申请的申请人发现，通过选择狭缝的长度，或者现在称为凹部更合适，单个凹部就可以提供相似的模式选择。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：通过至少一个实施例提供了一种优先选择基本模式的激光器。本专利技术的另一个目的在于：通过至少一个实施例来提供了一种具有已经结构的激光器，其中在波导管的至少一个表面上设置了具有优选长度的凹部。本专利技术的另一个目的在于：提供一种构造模式选择性激光器的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种激光器，包括：第一和第二表面，所述第一和第二表面分开设置、以在该第一和第二表面之间的第一轴上形成波导管；放电区域，所述放电区域位于所述波导管的至少一个部分之内；谐振腔，所述谐振腔具有与所述第一轴正交的传播轴；其中，在至少一个所述表面上设置凹部，所述凹部沿传播轴具有0.1至1瑞利范围（Raleighrange）的长度，且所述凹部被设置为在所述波导管内产生一个区域，在该区域中，自由空间传播本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种激光器，包括：第一和第二表面，所述第一和第二表面分开设置、以在该第一和第二表面之间的第一轴上形成波导管；放电区域，所述放电区域位于所述波导管的至少一个部分之内；谐振腔，所述谐振腔具有与所述第一轴正交的传播轴；其特征在于：在至少一个所述表面上设置凹部，所述凹部沿传播轴具有０．１至１瑞利范围的长度，且所述凹部被设置为在所述波导管内产生一个区域，在该区域中，自由空间传播在所述第一轴的方向上进行。

【技术特征摘要】
2010.01.21 GB 1000969.41.一种激光器，包括：第一和第二表面，所述第一和第二表面分开设置、以在该第一和第二表面之间的第一轴上形成波导管；放电区域，所述放电区域位于所述波导管的至少一个部分之内；谐振腔，所述谐振腔具有与所述第一轴正交的传播轴；其特征在于：在至少一个所述表面上设置凹部，所述凹部沿传播轴具有0.1至1瑞利长度范围的长度，且所述凹部被设置为在所述波导管内产生一个区域，在该区域中，自由空间传播在所述第一轴的方向上进行。2.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述波导管在所述第一轴上具有1mm至4mm的高度。3.根据权利要求2所述的激光器，其特征在于：所述波导管具有1.3mm至2.8mm的高度。4.根据权利要求2或3所述的激光器，其特征在于：所述凹部的深度大于所述高度的二十分之一。5.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述凹部设置在所述第一表面上，且在所述第二表面上设置另一个凹部。6.根据权利要求1所述的激光器，其特征在于：所述谐振腔在与所述第一轴正交的轴上为非稳定谐振腔，提供前进波模式和反向波模式，且其中的反向波具有光束腰。7.根据权利要求6所述的激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰森·罗伯特·李，加文·艾伦·詹姆斯·马基利，
申请(专利权)人：罗芬西纳英国有限公司，
类型：发明
国别省市：GB