CN101512852A - 用于波导激光器的光学安装方案及包含其的波导激光器 - Google Patents
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Abstract
本发明的一些示例实施例涉及波导激光器，如RF激励波导激光器。本发明的一些示例实施例提供了用于波导激光器的光学安装方案。在一些示例性实施例中，可以提供包括光学器件保持器的载体。光学器件可以通过表面密封的环氧树脂而安装到载体。光学器件界面可以至少部分地由环氧树脂形成。光学器件界面可以是位于载体与光学器件表面之间的基本上均匀厚度的薄层。载体和/或载体的光学器件保持器可以在形成光学器件界面的地方附近(并可选地在施加环氧树脂的地方附近)带有斜角。在一些示例性实施例中，环氧树脂可以被只施加到光学器件的表面和/或光学器件保持器的表面。在一些示例性实施例中，波导激光器还可以包括真空容器，载体可以被附装到激光器，使得附装到载体的光学器件和/或光学器件界面配合在容器内侧。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2006年1月26日提交的美国临时专利申请No.60/816,344的优先权，该申请的全部内容通过引用方式结合于此。
技术领域
本发明的某些示例性实施例涉及波导激光器，包括但不限于RF激励的波导激光器。本发明的某些示例性实施例涉及与波导激光器(例如CO2激光器)结合使用的光学安装方案和/或包含该方案的波导激光器。
背景技术
波导激光器通常包括凹的或平的反射镜，所述反射镜与波导耦合在一起限定了光学谐振器腔，所述波导限定了反射镜之间的光学路径。
波导通常包括沟道，所述沟道利用铝和/或铜的下部电极而接地到陶瓷块(例如Al2O3)，所述下部电极被添加以完成波导的截面。或者，波导可以被利用超声波方式钻透一块诸如氧化铝(Al2O3)的陶瓷，以产生连续的封闭孔段，上部和下部电极平行于所述孔段。通常，振荡电磁场(例如射频即RF)供应源的正臂耦合到波导的上部电极，而RF供应源的接地面耦合到下部电极。在其间并沿着上部电极添加谐振，使RF电压均匀地沿着电极段分布。最后，反射镜和波导结构在真空容器(激光器壳体)中对准和容纳，所述真空容器保持了要被激励的气体。
但是，传统的波导激光器受到一些不利影响，这些不利影响例如涉及到光学器件被耦合到激光器的方式。例如，许多传统技术包括附加的实体元件和/或调节器，它们需要额外的安装和/或装卡步骤。在实体元件以及安装和/或装卡所需的劳动方面，这些步骤引入了额外的成本。在这些和/或其他的构造中，应力被直接引入到光学器件上和/或其附近。这些应力可能造成光学器件失准和/或破坏。气体还可能从容器逸出。因此，激光器的功能可能受到不利影响。
因此，本领域技术人员会想到，存在着对改进的波导激光器(例如CO2、N2和/或其他波导激光器)的需要，这些改进的波导激光器克服了这些和/或其他的缺点中的一项或多项。
发明内容
本发明的某些示例性实施例的一个方面涉及用于波导激光器(例如CO2、N2和/或其他波导激光器)的光学安装技术。
某些示例性实施例的另一个方面涉及一些光学安装技术，在这些安装技术中，施加到光学器件的张力得到减小。
某些示例性实施例涉及用于将载体(或其保持器)连接到光学器件的非常薄的、基本上均匀的光学器件界面。某些示例性实施例涉及将这样的载体附装到激光器。
在本发明的某些示例性实施例中，提供了一种波导激光器。可以提供包含光学器件保持器的载体。光学器件可以通过表面密封环氧树脂安装到载体。光学器件界面可以至少部分地由环氧树脂形成。光学器件界面可以是位于载体与光学器件表面之间的基本上均匀厚度的薄层。载体和/或载体的光学器件保持器可以在形成光学器件界面的地方附近(并可选地在施加环氧树脂的地方附近)形成有斜角。
在一些其他示例性实施例中，提供了一种用于激光器的光学器件安装系统。可以提供包含光学器件保持器的载体。光学器件可以通过表面密封环氧树脂安装到载体。光学器件界面可以至少部分地由环氧树脂形成。光学器件界面可以是位于载体与光学器件表面之间的基本上均匀厚度的薄层。载体和/或载体的光学器件保持器可以在形成光学器件界面的地方附近(并可选地在施加环氧树脂的地方附近)形成有斜角。
在一些其他示例性实施例中，提供了一种用于气体放电激光器的将光学器件安装到载体的方法。可以提供包含保持器的载体。还可以提供该光学器件。载体和/或保持器的边缘可以形成有斜角。表面密封环氧树脂可以被施加到光学器件表面和/或载体或保持器表面。流下载体的任何环氧树脂可以被擦去。可以通过环氧树脂形成非常薄的、基本上均匀的光学器件界面来连接载体与光学器件。
在一些示例性实施例中，环氧树脂可以被只施加到光学器件的表面和/或光学器件保持器的表面。在一些示例性实施例中，通过对密封表面的内边缘和外边缘倒角，可以使环氧树脂的至少一些流下载体。在一些示例性实施例中，波导激光器还可以包括真空容器，载体可以被附装到激光器，使得附装到载体的光学器件和/或光学器件界面配合在容器内侧。在一些示例性实施例中，光学器件可以是输出耦合器。
这些方面和实施例可以单独使用，也可以适用于本发明的不同实施例的不同组合。
附图说明
通过参照结合附图对示例性实施例的下列详细说明，可以更好并更加完整地理解这些以及其他的特征和优点，在附图中：
图1是波导激光器的立体图；
图2是波导激光器的截面图；
图3是激光器沿图4的IV—IV截面的纵向视图；
图4是从激光器的输出耦合器端观看的端部视图；
图5是根据一种示例性实施例的载体的简化局部立体图，该载体带有与之相连的光学器件；
图6的流程图图示了根据一种示例性实施例，在将光学器件以光学方式安装到载体时可以用于形成光学界面的一种处理。
具体实施方式
现在将具体参照附图，在附图中，多个视图之间用相同的标号表示相同的零件，图1—4用于图示波导激光器的操作。
图1示出了板条(slab)波导激光器1，包括顶部(或上部)电极2以及底部(或下部)电极4。上部电极2和下部电极4可以各自具有各种形状(例如平面的、可变厚度的、弯曲的等等)。侧壁3a—3d夹在上部电极2与下部电极4之间，并可以由小的间隙5分隔开。侧壁的宽度和厚度由阴影示出。侧壁的长度在图1—2中没有绘成阴影。侧壁3a—3d可以由任何合适的材料形成。例如，侧壁3a—3d可以取决于所需的介电特性而由各种材料构造。侧壁可以由陶瓷材料(例如，氧化铍(BeO)、氮化铝(AlN)等)构造。
侧壁3a—3d以及各个上部电极2和下部电极4可以形成波导6。任意数目的侧壁3之间可以没有间隙，也可以有任意数目的间隙。侧壁可以将波导6密封在预定的压力。例如，波导6可以被密封在各种压力，所述压力例如取决于激光介质或所需的工作条件。另外，波导还可以具有电极2、4以及无间隙的侧壁3a—3d。在这样的实施例中，侧壁3a—3d将延伸并包围电极2、4以形成激光器本身的壳体。同样，电极2、4也可以形成激光器的壳体。
侧壁3a—3d(等)用来将光束导向到这样的程度：即使在侧壁的各部分之间或者侧壁的各部分与电极2、4之间存在间隙，也几乎没有或者没有显著的光束恶化或功率损耗。在不显著影响光束的情况下，间隙5可以是各种尺寸(例如约1—3mm，或者更大或更小)。
图2是通过图1的波导激光器1的横截面的端部视图。所示上部电极2和下部电极4的形状形成了带有圆角(或角部隆起)的波导6。电极2、4的形状容易被改变以使光束容易地照射并有更好的模式控制。在波导激光器和其他类型的激光器中，希望在一些示例情况下存在圆对称性，这将给光束强度产生高斯形状。电极可以被比所示情况更进一步地圆化，使得在某些情况下波导中存在完全的圆对称性(例如波导截面完全是圆形)。电极截面的不同形状可以由传统方法来形成(例如通过CNC磨削等)。
图3示出了图4中波导激光器的截面IV—IV的纵向视图。激光器1可以布置在壳体11内，并包括位于两个末端1a与1b之间的腔。末端1a包括反射性表面，末端1b包括部分反射性表面，该部分反射性表面形成了输出耦合器。RF馈通12可以被围绕在绝缘壳13(例如绝缘陶瓷壳)中。绝缘壳13可以由各种材料(例如BeO、AlN、Al2O3、其他(一种或多种)合适的绝缘和/或电介质材料等)组成。尽管这里的讨论涉及到各个元件，但是这些元件的布置以及是否存在这些元件不应被解释为对本发明范围的限制。在包含反射性元件的密封波导结构中，侧壁或电极还形成了壳体，在这样的结构中单独的壳体并不是必需的。
激光器1可以布置在带有顶部(或上部)电极板2以及底部(或下部)电极板4的壳体11中。所示的顶部(或上部)电极2是连续的，但是也可以包括一个或多个部分，以助减小例如由电极的顶侧与底侧之间的温度差异而造成的翘曲。波导6可以布置在全反射器14与部分反射表面15之间。全反射器14与部分反射表面15可以位于波导6的各末端。部分反射表面15可以至少部分地形成用于光束的输出耦合器。光束可以在输出耦合器处射出之前一次或多次经过波导。可以想到，波导的数目和布置是以示例性方式给出的，而不是限制。例如，某些激光器可以具有多个波导，这些波导相连或分隔开。
图3的实施例图示了陶瓷侧壁3a—3e彼此邻接而没有留下间隙的情况。在图3中，利用四个陶瓷柱体16a—16d在激光器壳体与电极组件之间提供装卡力以将激光器保持在一起。柱体16a—16d可以由各种材料制成(例如BeO、AlN或Al2O3，或其他陶瓷等)。所示的柱体16a—16d分别设有电感器(inductor)17a—17d，这些电感器有助于确保减小沿着激光器长度的电压差异。至少一个电源可以通过连接器12而连接。
调节器18a—18b可以用来调节光学器件。例如，调节器18a—18b可以包括螺钉调节器，但是可以想到，替代或者附加于这种螺钉调节器，也可以使用其他调节器来在相同平面和/或其他平面中对光学器件进行调节。调节器18a—18b是可选的，调节器的类型不限于光学调节器或其他种类的调节器。
图4是激光器的端部视图。两个光学调节器18可以被彼此正交地布置，以助在两个平面中调节光学器件，这两个平面都垂直于光束的光轴，所述光轴与孔6平行地布置。可以想到，也可以使用未示出的其他调节装置来在平行于光束的方向上对光学器件进行调节。
图5是根据一种实施例的载体的局部立体图，该载体带有与之相连的光学器件。由图5可见，光学器件20通过面密封(face-sealing)环氧树脂而安装到载体22。部分地取决于具体实现方式的需要以及环氧树脂的相应特性，可以使用各种环氧树脂。例如，环氧树脂的品质可以是对于激光器气体环境可接受的，使其特性例如包括降低的(或低的)释气(out-gassing)性、稳定性、基本不渗透性等等。
现在将说明形成光学器件界面24的过程。环氧树脂可以被放置在(例如沉积在)光学器件20的表面上和/或保持器的表面上。尽管环氧树脂可以被放置在光学器件侧面，但是可以想到，这种构造会不利地将应力引入光学器件。在布置环氧树脂的地方附近，光学保持器或载体22可以替代性地或者附加地形成斜角。这降低了表面张力在光学器件载体的边缘附近产生大球珠的可能性。此外，通过对密封表面的内侧边缘和外侧边缘倒角，可以使至少一些环氧树脂流下载体22。流下载体22的任何环氧树脂可以被从载体20擦去，因为将环氧树脂保持在载体20的内径或外径至光学器件的界面24上的表面张力的量更小(或甚至基本上没有表面张力)。光学器件界面24可以是很薄的环氧树脂层，其在载体22与光学器件20的表面之间厚度基本上均匀。任何边缘的球珠形成都容易产生更厚的外部环氧树脂环，所述环引入了不利的光学应力。完全组装的结构可以被连接到激光器的输出耦合器端，使得从载体22突出的部分(包括光学器件20和光学器件界面24)配合在激光器容器的内侧。
图6的流程图图示了根据一种示例性实施例，在将光学器件以光学方式安装到载体时可以使用的形成光学器件界面的一种处理。在步骤S60提供载体，在步骤S62提供光学器件。在步骤S63，可以通过对光学器件保持器或载体的内边缘或外边缘进行倒角，在将要放置环氧树脂的地方附近使光学器件保持器或载体形成斜角。在步骤S66，可以在光学器件的表面上和/或光学器件保持器或载体上放置适当选择的环氧树脂。在步骤S68可以擦去任何流下载体的环氧树脂。在步骤S70可以形成非常薄的、基本上均匀的光学器件界面。在图6未示出的步骤中，这种完全组装的结构可以被连接到激光器的输出耦合器端，使得从载体突出的部分(包括光学器件和光学器件界面)配合在激光器的容器内侧。
这些技术可以产生一些优点。例如，在光学器件与载体之间存在由薄的、基本上均匀的环氧树脂层形成的密封时，在环氧树脂的固化周期中只会引入更少量(例如基本上可忽略的量)的应力。这可以帮助将光学器件保持在其正确的位置而不受损坏。因为任何实体的光学器件安装或装卡元件都是可选的，并因为这些技术中包含的劳动也得以减少，所以相应的技术容易较便宜。
可以想到，可以对许多不同的装置构造载体。因此，所示并结合图5所述的猪嘴状(snout)构造是以示例方式提供的，而不是限制。图5的猪嘴状构造使得在光学器件被配合到(例如向内突出到)容器中的同时，载体能够被密封到激光器真空容器中。当然也可以想到，在一些其他示例性实施例中，光学器件可以与容器平齐、从容器向外突出，等等。另外，在有多个腔的构造中，多个光学器件可以通过多个光学器件界面连接到单一的载体。
尽管已经结合目前认为是最实用和优选的实施例的内容对本发明进行了说明，但是应当明白，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明应当认为覆盖了所附权利要求的精神和范围内所包括的各种变更形式和等价布置。
Claims (20)
1.一种波导激光器，包括：
载体，其包含光学器件保持器；
光学器件，其至少通过表面密封环氧树脂安装到所述载体；和
光学器件界面，其至少部分地由所述环氧树脂形成，所述光学器件界面是位于所述载体与所述光学器件的表面之间的基本上均匀厚度的薄层。
2.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述环氧树脂被施加到所述光学器件的表面和/或所述光学器件保持器的表面。
3.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述载体和/或所述载体的光学器件保持器在施加所述环氧树脂的地方附近形成有斜角。
4.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述环氧树脂不被施加到所述光学器件的任何侧面。
5.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述光学器件保持器在形成所述光学器件界面的表面包括经倒角的内边缘和外边缘。
6.根据权利要求5所述的波导激光器，其中，所述光学器件保持器的经倒角的内边缘和外边缘布置成使所述环氧树脂中的至少一些流下所述载体。
7.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述环氧树脂被选择为提供降低的释气性、提供稳定性和/或提供基本不可渗透性。
8.根据权利要求1所述的波导激光器，还包括真空容器，
其中，所述载体被附装到所述激光器，使得附装到所述载体的所述光学器件和/或所述光学器件界面配合在所述容器内侧。
9.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述光学器件是输出耦合器。
10.根据权利要求1所述的波导激光器，其中，所述激光器是CO2激光器。
11.一种用于激光器的光学器件安装系统，包括：
载体，其包含光学器件保持器；
光学器件，其通过环氧树脂安装到所述载体；和
光学器件界面，其至少部分地由所述环氧树脂形成，所述光学器件界面是位于所述载体与所述光学器件的表面之间的基本上均匀厚度的薄层，
其中，所述载体和/或所述载体的光学器件保持器在形成所述光学界面的地方附近形成有斜角。
12.根据权利要求11所述的光学器件安装系统，其中，所述环氧树脂被施加到所述光学器件的表面和/或所述光学器件保持器的表面。
13.根据权利要求12所述的光学器件安装系统，其中，所述载体和/或所述载体的光学器件保持器在施加所述环氧树脂的地方附近形成有斜角。
14.根据权利要求13所述的光学器件安装系统，其中，所述环氧树脂不被施加到所述光学器件的任何侧面。
15.根据权利要求11所述的光学器件安装系统，其中，所述光学器件保持器在形成所述光学器件界面的表面包括经倒角的内边缘和外边缘。
16.根据权利要求15所述的光学器件安装系统，其中，所述光学器件保持器的经倒角的内边缘和外边缘布置成使所述环氧树脂中的至少一些流下所述载体。
17.根据权利要求11所述的光学器件安装系统，其中，所述环氧树脂被选择为提供降低的释气性、提供稳定性和/或提供基本不可渗透性。
18.一种用于气体放电激光器的将光学器件附装到载体的方法，所述方法包括：
提供所述载体，所述载体包括保持器；
提供所述光学器件；
使所述载体和/或所述保持器的边缘形成有斜角；
将表面密封环氧树脂施加到所述光学器件表面和/或所述载体或保持器表面；
擦去流下所述载体的任何环氧树脂；
通过所述环氧树脂，形成非常薄的、基本上均匀的光学界面以连接所述载体与所述光学器件。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括对所述载体和/或所述保持器的内边缘和外边缘倒角以形成其斜角。
20.一种波导激光器，包括：
载体，其包含光学器件保持器；
光学器件，其通过至少环氧树脂而直接或间接地安装到所述载体；
光学器件界面，至少部分地由所述环氧树脂形成，所述光学器件界面包括至少一个位于所述载体与所述光学器件的表面之间的基本上均匀厚度的层，
其中，所述载体和所述光学器件保持器中的一者或两者在形成所述光学界面的地方附近形成有斜角。
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