CN101803131B - 用于激光镜的热畸变补偿 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种激光镜组件，其具有改善的指向稳定性。细长的镜包括凹形反射部分。一对细长平面部分平行于所述凹形反射部分并在其任何一面上延伸。平面部分从反射部分下降。该镜由铜形成。一对不锈钢条带(40)与平面部分(26)连接。铜镜和不锈钢条带(40)之间的双金属效应操作以抵消镜的扭曲，所述镜的扭曲是由于在操作过程中产生的差温加热效应而导致的。在可选择的实施方案中，一对铝条带设置在镜的背面上。
Description
技术领域
本发明涉及高功率的二氧化碳盘形激光器。更具体地，本发明涉及降低热畸变和改善指向稳定性的镜系统的设计。
背景技术
本发明涉及高功率的扩散冷却二氧化碳盘形激光器。这种激光器的例子可在共同拥有的美国专利No.5,140,606中找到，其通过引入方式并入本文。这些激光器包括一对矩形金属电极，所述电极设置在含有激光气体的密封外壳内。电极被紧密分隔开以限定板状放电区域。RF功率被用于激光气体以产生激光。
这些类型的激光器通常使用混合式光学共振器，其在平行面对的电极的宽度维度上具有不稳定的共振器，并且在分隔两个电极的垂直(即，“间隙”)维度中有光导型共振器。早期设计使用正支非稳共振器(例如参见美国专利No.4,719,639，其通过引入方式并入本文)。稍后涉及使用负支非稳共振器(参见美国专利No.5,048,048)。
相对于负支设计，所述正支非稳共振器设计约为更难以对齐的数量级，但是该设计对于输出光束的敏感性更低，作为共振器镜的曲率的变化函数的所述输出光束指向变化与温度变化。另一方面，负支共振器更容易对齐，但是它们的光束指向变化对于镜的曲率随着温度变化更加敏感。镜的曲率随着温度的变化引起输出激光光束的指向产生改变。
为了获得负支非稳共振器的更容易对齐的优点，需要解决激光光束的指向稳定性随着镜的曲率与温度的变化而产生的较大变化。这是特别真实的，因为放电距离变得更短，并且宽度增加。分析表明激光光束的指向变化随着负支非稳共振器的宽度直接增加，并且与其长度的平方反向增加。设计较短的工业CO2激光器的优点在于在CO2 激光器的工业应用中，只要光束质量没有妥协即可。就此而言，随着放电的长度制得较短，需要增加放电的宽度以维持获得相同的激光器输出功率所需要的相同放电区域。
在负支非稳共振器设计中，输出耦合镜和反射镜具有凹形表面。镜通常在平行面对的电极的整个宽度上延伸，所述电极在垂直方向上(除了输出耦合侧)被小的间隙分隔开。由激光光束引起的镜的反射表面的直接加热产生，因为沉积在镜的表面上的高反射性的薄膜具有非常小、但有限的吸收，所述吸收加热镜的表面。来自该反射表面的热量通过镜的厚度传播，从而在镜的前面和背面之间建立温度梯度。
由于镜的背部通常与容纳镜的大的机械外壳连接，因此镜的背部通常比前面冷，因此在前面和背面之间保持温度梯度。该温度梯度随着激光功率而增加，并且因此镜面的畸变或扭曲，以扰乱光学共振器的几何形状，从而导致激光输出光束性能(例如光束特性)和指向变化的不需要的变化。在热梯度的情况下，扭曲使得凹镜表面(朝向激光器放电侧)更加凸起。
对应于激光器的操作条件的变化，输出光束参数(例如输入放电的RF功率、脉冲重复频率、工作循环等)发生变化，从而引起镜的热梯度的变化，这种变化在工业激光系统中是不需要的。这些激光镜的热畸变作用的消除或减少是高度需要的，并且是本发明的焦点。重要的是注意本发明具有比仅仅减少不需要的激光共振器输出光束的指向变化更宽的应用。例如，其可相关于降低光学系统中的镜畸变、和处理高的光学功率。
我们的分析和实验测试证实使用负支非稳共振器的板状CO2激光器输出中光束指向变化的主要原因是高反射返回镜和非稳共振器的输出耦合镜的曲率改变。这种曲率改变是由下列三种热效应引起的：
1.镜的厚度上的温度梯度引起镜的弯曲。由于镜的背部较之镜的反射表面更冷，因此由于下列事实镜较少凹陷：前面比背部表面膨胀较多。我们发现一些程度的温度梯度可使激光器的输出光束偏离不可接受的量。
2.通过激光辐射加热镜来增加镜的平均温度还引起镜较少凹陷，这是因为镜的材料的热膨胀。镜的曲率的改变改变了共振器的最佳对齐并劣化了激光的性能。在我们的情况下，镜的材料为铜，但使用其他的镜的材料(例如硅)可以期待曲率效应的类似改变。
3.镜材料(通常为铜)和大型镜支承体pate-form(通常由铝制成)还改变了曲率半径，原因在于由于具有不同的热膨胀系数的两种材料引起的弯曲。重要的是注意铝的热膨胀系数大于铜的热膨胀系数。在该情况下，双金属效应使得凹镜更加凹陷。
现有技术中提及镜加热的劣化作用。例如，美国专利No.5,020,895描述使用适应光学技术来补偿镜的热变形。该方案包括使用有源电子反馈线路，其连接有传感器和制动器，例如压电或调解液体或气体压力腔，以提供抵消曲率半径的力，所述曲率半径由镜上的热效应引起。该方案增加了不需要的复杂性和激光器的成本。
另一个现有技术是使用有源电子反馈线路，其连接有温度传感器和加热元件，以加热共振器的镜的背部，从而建立抵消曲率半径变化的合适的温度分布(参见美国专利No.5,751,750)。后面专利还在方案中报道耦合出小部分的激光光束，并且使用其辐射镜的背面以补偿镜的前面和背面的温度。这两种方案都增加了不需要的复杂性和激光器的成本。
美国专利No.4,287,421公开了透明的镜的材料，其具有预密封的反射涂层以允许少量的激光辐射通过涂层和镜的材料传播，从而反过来被镜的背侧上的涂层吸收。反射和吸收参数被选择为使得被吸收涂层吸收的辐射足以加热镜的背侧，从而补偿镜的前面和背面之间的温度梯度。该方案的限制为需要透明的镜的材料。因此，其不用于铜镜，我们相信铜镜比Si或ZnSe镜更耐损害。
发明内容
本发明提出使用双金属效应以改善镜的热畸变而不是劣化镜的畸变。在优选的实施方案中，激光器外壳的管座组件受到凸缘限定，在所述凸缘上设置镜支承体。细长的镜元件安装至支承体。镜元件由 金属形成，其包括在其前面上的弯曲部分，所述前面限定共振器的一个反射表面。前面还包括至少一个、优选两个平行于镜的弯曲部分延伸的平面区域。这些平面区域可从弯曲部分下降。
根据本发明，金属条带设置在镜元件的平面部分上。这些条带由热膨胀系数低于镜元件的金属材料的热膨胀系数的材料形成。在优选的实施方案中，镜元件由铜制成，条带由不锈钢制成。
由于两种材料的不同的膨胀率，因此镜和条带表现出双金属效应。在该情况下，双金属效应容易使凹镜更加凹陷。相反，差温加热容易使镜较少凹陷。通过合适地选择不锈钢条带的厚度和尺寸，可平衡两种效应，因此使畸变最小化。
在可选择的实施方案中，一个或多个金属条带设置在镜元件的背部。在该情况下，条带的热膨胀系数被选择为大于镜元件的热膨胀系数，以对抗由于加热镜的前面而引起的热梯度的作用。
从参照附图的下列详述中，本发明的另外的目的和优点是明显的，其中：
附图简要说明
图1是示出面向激光放电侧的现有技术的镜的管座和镜的设置的透视图。
图2是示出激光室外侧的现有技术管座的透视图。
图3A是根据本发明形成的管座和镜的组件的放大透视图。
图3B是图3A的管座的配合透视图。
图4A是根据本发明形成的用在放电的输出耦合侧上的管座和镜的组件的放大透视图。
图4B是图4A的管座的配合透视图。
图5是示出在测试激光器中基于使用本发明的指向稳定性的改善的图。
图6A是根据本发明的第二实施方案形成的管座和镜的组件的放大透视图。
图6B是图6A的管座的配合透视图。
优选实施方案的详述
图1和2示出管座组件10。在我们的试验中使用管座组件10以设置弯曲的镜，所述弯曲的镜形成CO2盘形激光器的部分负支非稳共振器。
管座组件包括铝凸缘12，其栓接到主壳上以密封含有电极、CO2:N2:He:Xe的CO2气体混合物和共振器镜的激光管外壳腔室。O形环14提供密封。2008年3月26日提交的共同拥有的美国专利申请No.12/079,296(其通过引用方式并入本文)示出激光管外壳的例子，本文中公开的凸缘可附接于所述激光管外壳(还参见上述美国专利No.5,140,606)。
铜镜16设置在铝镜基底18上，所述基底依次与铝凸缘的凸起的内表面20连接。镜16包括细长的、高度抛光的凹形区域22，所述凹形区域限定镜的反射表面。一对平坦表面26位于弯曲表面的任一侧上。平坦表面从弯曲表面下降，使得镜基本上具有T状横截面。
铜镜安装至大型铝基底导致较大的双金属效应，原因在于材料的较大的热膨胀系数差异。双金属效应引起镜的曲率的较大变化，使得导致激光光束的指向方向随着温度而变化。
如图2所示，凸缘的凸起表面20具有两个轴的角度位置可调节的柱28，所述柱被加工到凸缘的背面中。该倾斜的柱28包括凹陷的前面，所述前面保持被端部凸缘组件的部分整合部件通过薄网(在加工过程中留置的)密封，所述加工过程将可调节的柱的端部和铝凸缘材料连接(参见上述美国专利No.5,140,606)。图2中示出的四个螺丝32用于在两个角度的轴调节镜的取向，以对齐激光器的共振器腔。
图1和2中示出的镜组件结构被用于形成400至500W CO2盘形激光器的混合式负支非稳光导共振器。电极的宽度为3.780英寸。镜的曲率半径为约0.6m。(该实验的其他细节可在2007年7月30日提交的美国临时申请No.60/962,555中找到，其通过引用方式并入本文。)
现有技术的镜组件结构提供激光输出光束，其在开启激光器后 的指向变化为400至800微弧度。在大多数激光材料方法加工应用中这种光束指向变化是不可变化的。通过理论和实验研究确定腔的长度随温度的变化而引起的指向变化为约30微弧度/度C。相对于上述提及的引起镜的曲率半径变化的三种热效应(即镜的前面和背面之间的温度梯度、改变镜的曲率的铜的热膨胀、以及铝和铜之间的随着温度变化的双金属效应)，由腔的长度随温度的变化而引起的激光光束偏离是微小的。
对于随着温度的光束指向变化的最大贡献是由于大型铝基板和设置在基板上的铜镜之间的双金属效应。在图1的组件中的由于铜和铝之间的双金属效应而引起的激光光束偏离被发现为约220微弧度/度C。最重要的是发现双金属效应可用于补偿光束偏离的变化，所述光束偏离由镜的曲率半径的变化引起，所述镜的曲率半径的变化由于镜的热梯度的变化和铜和铝之间的热膨胀而引起。
重要的是注意使用双金属效应镜的结构以在不稳定的光学共振器中减少镜的曲率半径随着温度的变化，该结构具有本发明的焦点更宽的应用，其是作为温度变化的函数的CO2盘形激光器输出光束偏离的减少，所述温度变化由激光功率输出、操作工作循环脉、冲重复频率等的变化引起。
图3A和3B示出用于减少由于加热镜而引起的指向变化的优选方案。如下所示，图1和2的设计产生两种主要变化。首先，消除大型铝基底18。其次，一对不锈钢条带40与镜16的平坦表面26附接。不锈钢条带起到限制由于差温加热而引起的镜的扭曲的作用。
在我们的试验中，条带40由17-4PH不锈钢形成。每个不锈钢条带通过保持螺丝44附接于T状铜镜，并通过六角螺母46保持位置。T状铜镜和不锈钢条带通过两个安装螺丝(未示出)附接于凸起表面20。合钉48被用于使镜和两个带螺纹的安装孔对齐。
如图2中所示，凸起表面20连接至两个轴角度可调节的柱。该柱被用于调节在密封的激光管外壳腔室的镜的外部。
消除图1和2的铝基板18并将T状镜的中心直接附接在两个轴角度可调节的柱的凸起表面20上，如图3A和3B所示，这通过消除 铝基板和铜镜之间的双金属效应而改善输出激光光束随温度的指向变化。附接于T状铜镜的前面的不锈钢条带40之间的双金属效应能够补偿残留光束随温度的指向变化。然后，凸缘镜组件12附接于激光管外壳(例如上述文献中所述的)。
基于T状铜镜的尺寸来选择不锈钢条带的厚度和长度，并且通过分析和实验来初始调节，直到在所需温度范围内获得所需量的热补偿。本发明中已经讨论了不锈钢条带，但是其他材料也可以是候选者，只要不脱离本发明即可。仅有的要求是条带的热膨胀系数小于形成镜的材料的热膨胀系数。按照这种方式，双金属效应可补偿由于镜的差温加热而引起的扭曲。
类似于图3A和3B示出图4A和4B，不同之处在于激光器的输出耦合侧。主要差别在于加入输出端口50，通过输出端口50激光光束离开激光管外壳。管座52被提供以承载输出窗口(未示出)，所述输出窗口由材料(例如ZnSe或Si)形成。窗口支承体52被设计为保持密封。应注意镜26的长度短于输出侧，原因在于需要提供共振器的输出光束耦合端口。
通过放大共振器来测定来自混合式负支非稳光导共振器的输出耦合的量，这是本领域熟知的。
用于将两种双金属材料(例如本发明中的铜和不锈钢)保持在一起的可选择的和优选的方案为通过焊接或镀铜技术来将两种材料粘合在一起，而不是使用上述机械压制技术。较之机械压制方案，粘合方案初始需要更多的发展努力，但其可以提供更长期的稳定性，在激光管外壳经历温度循环(其发生在制备循环过程中烘干)后特别是如此。
图5是示出来自两个激光的某些光束指向变化数据的图，一个具有双金属热补偿，一个不具有双金属热补偿。标记为A的曲线对应于具有图1和2的现有技术构造的激光。标记为B的曲线对应于根据图3和4设计的激光。图5示出随着施加于镜的控温冷却剂的变化，激光镜在时间内的温度变化。图5还示出不稳定的共振器(UR)随着时间的光束指向变化，所述时间对应于在施加冷却时镜温度的变 化。并且如上所述，两个激光都具有相同的输出功率400W。
在时间t＝0时，打开现有技术激光器，并且其镜温度开始在约1000秒(曲线A1)内从22℃升温至约29℃。该时间为激光镜的正常激光器起动温度增加时间。在该起动时间内，现有技术激光的输出光束的角度位置(曲线A2)改变约1200微弧度(即从6300至7500微弧度)。在1000秒后，通过控制冷却剂来升高现有技术的激光器的镜温度，使得约1500秒后(即，时间＜2500秒)，激光镜温度为约40℃。在镜温度为约40℃时，激光光束位置为约9500微弧度以改变位置2000微弧度。在2500秒后，镜温度降至约25℃，这引起光束的指向位置降至约6100微弧度(即，角度位置的改变为约3,400微弧度)。对于大多数材料加工应用而言，这种行为肯定是不可接受的。
在时间t＝0时，打开根据本发明形成的激光器(在功率输出方面其与现有技术激光器相同)，然后其镜开始从22℃升温至约32℃，经过1000秒(曲线B1)。在该起动时间内，输出光束的角度位置从6300微弧度降至约6100微弧度(曲线B2)，即仅有约100微弧度的变化。这表示有超过数量级的改善。在镜温度升至40℃、然后降至约6℃时，光束指向稳定性中甚至有更大的改善。对于大多数材料加工应用而言，图5中示出的指向稳定性是可接受的。与现有技术激光器偏离行为相比，根据本发明形成的激光器明显表明使用不稳定的共振器镜的双金属热补偿而获得改善。例如，在起动时的指向稳定性降低约一毫弧度至约100微弧度。
图6A和6B示出可选择的方案。图6A和6B的实施方案与图3A和3B的实施方案相同，不同之处在于用于控制镜扭曲的条带40A位于镜元件16的背面上，而不是前面。在该情况下，条带40A的热膨胀系数应大于镜元件的热膨胀系数。按照这种方式，双金属效应容易使镜更加凹陷，而热梯度容易使镜较少凹陷。通过合适地选择条带40A的厚度和宽度，两种效应可以平衡，使得指向稳定性可以得到改善。
尽管示出两个条带40A，但是可以使用任意数量(一个或多个)。在示出的实施方案中，镜元件16的宽度(图6A的垂直尺寸)大于图 3A中所示的，以允许一对条带40A安装至镜元件的背面，同时提供清除中心设置48。
在铜镜元件的情况下，条带可由铝形成。注意，现有技术设计包括设置在镜元件的背面上的大型铝块18(图1)。该大型块产生较大和不可控的双金属效应。相反，如上所述，条带的尺寸可被选择以平衡热梯度效应并改善性能。
尽管相信优选将条带设置在镜元件的前面(图3和4)或镜元件的背面(图6)上，但是还可以将条带沿着边缘设置。
尽管已经参照优选实施方案来描述了本发明，但是本领域技术人员可以做出各种改变和变化，只要不偏离所附权利要求限定的本发明的范围和精神即可。
Claims (19)
1.一种用于在气体放电激光器中支承端镜的管座组件，包括：
凸缘，包括面向所述放电的内表面和相对的外表面，所述凸缘包括镜支承体，所述镜支承体包括位于所述凸缘的所述内表面以附接于镜元件的柱，所述镜支承体还包括位于所述凸缘的所述外表面上的镜倾斜调整机构；
细长的镜元件，其基本上由金属材料形成，并且在所述镜元件的背面附接于所述镜支承体的所述柱，所述镜元件的前面包括用于控制光的传播的细长凹形反射部分，所述前面还包括平行于所述凹形反射部分延伸的至少一个平坦表面；以及
细长条带，其与所述镜元件的所述平坦表面连接，所述条带由热膨胀系数小于形成所述镜元件的所述金属材料的热膨胀系数的金属材料形成。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述镜元件主要由铜形成，并且所述条带主要由不锈钢形成。
3.如权利要求1所述的组件，其中所述条带与所述镜元件栓接。
4.如权利要求1所述的组件，其中所述条带与所述镜元件粘合。
5.如权利要求1所述的组件，其中所述平坦表面沿着远离所述放电的方向远离所述弯曲表面下降。
6.如权利要求1所述的组件，其中所述镜元件包括第二平坦表面，所述第二平坦表面平行于所述凹形反射部分延伸、并且位于所述弯曲表面的相对于所述至少一个平坦表面的侧面上，其中所述组件还包括与所述第二平坦表面连接的第二细长金属条带，所述第二条带由热膨胀系数小于形成所述镜元件的所述金属材料的热膨胀系数的金属材料形成。
7.如权利要求6所述的组件，其中所述平坦表面沿着远离所述放电的方向远离所述弯曲表面下降。
8.一种用于在气体放电激光器中支承端镜的管座组件，包括：
凸缘，包括面向所述放电的内表面和相对的外表面，所述凸缘包括镜支承体，所述镜支承体包括位于所述凸缘的所述内表面以附接于镜元件的柱，所述镜支承体还包括位于所述凸缘的所述外表面上的镜倾斜调整机构；
细长的镜元件，其基本上由金属材料形成，并且在所述镜元件的背面附接于所述镜支承体的所述柱，所述镜元件的前面包括用于控制光的传播的细长凹形反射部分，所述前面还包括平行于所述凹形反射部分延伸、并在其任一侧面上的一对平坦表面；所述平坦表面沿着远离所述放电的方向远离所述凹形反射部分下降；以及
细长条带，其与所述镜元件的所述平坦表面连接，所述条带由热膨胀系数小于形成所述镜元件的所述金属材料的热膨胀系数的金属材料形成。
9.如权利要求8所述的组件，其中所述镜元件主要由铜形成，并且所述条带主要由不锈钢形成。
10.如权利要求8所述的组件，其中所述条带与所述镜元件栓接。
11.如权利要求8所述的组件，其中所述条带与所述镜元件粘合。
12.一种用于在气体放电激光器中支承端镜的管座组件，包括：
凸缘，包括面向所述放电的内表面和相对的外表面，所述凸缘包括镜支承体，所述镜支承体包括位于所述凸缘的所述内表面以附接于镜元件的柱，所述镜支承体还包括位于所述凸缘的所述外表面上的镜倾斜调整机构；
细长的镜元件，其基本上由金属材料形成，并且在所述镜元件的所述背面附接于所述镜支承体的所述柱，所述镜元件的前面包括用于控制光的传播的细长凹形反射部分；以及
细长条带，其与所述镜元件的所述背面连接，所述条带由热膨胀系数大于形成所述镜元件的所述金属材料的热膨胀系数的金属材料形成。
13.如权利要求12所述的组件，其中所述镜元件主要由铜形成，并且所述条带主要由铝形成。
14.如权利要求12所述的组件，其中所述条带与所述镜元件栓接。
15.如权利要求12所述的组件，其中所述条带与所述镜元件粘合。
16.如权利要求12所述的组件，其中一对条带与所述镜的所述背面连接，所述一对条带彼此平行延伸并且位于所述柱的任一侧上。
17.一种用于在气体放电激光器中支承端镜的管座组件，包括：
凸缘，包括面向所述放电的内表面和相对的外表面，所述凸缘包括镜支承体，所述镜支承体包括位于所述凸缘的所述内表面以附接于镜元件的柱，所述镜支承体还包括位于所述凸缘的所述外表面上的镜倾斜调整机构；
细长的镜元件，其基本上由金属材料形成，并且在所述镜元件的所述背面附接于所述镜支承体的所述柱，所述镜元件的前面包括用于控制光的传播的细长凹形反射部分；以及
细长条带，其与所述镜元件连接，所述条带由金属材料形成，并且其中所述条带的位置及其热膨胀系数被选择为补偿所述镜的扭曲，所述镜的扭曲是由于所述镜和激光光束的相互作用引起的热梯度而导致的。
18.如权利要求17所述的组件，其中所述镜元件的所述前面包括平行于所述凹形反射部分延伸的至少一个平坦表面，并且其中所述条带设置在所述平坦表面，以及其中所述条带的热膨胀系数小于形成所述镜元件的所述金属材料的热膨胀系数。
19.如权利要求17所述的组件，其中所述条带连接于所述镜元件的所述背面，并且其中所述条带的热膨胀系数大于形成所述镜元件的所述金属材料的热膨胀系数。
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|---|---|---|---|---|
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| US7889775B2 (en) * | 2009-01-07 | 2011-02-15 | Coherent, Inc. | Particle damage protection for high power CO2 slab laser mirrors |
| US8201954B2 (en) * | 2009-01-08 | 2012-06-19 | Coherent, Inc. | Compensation for transient heating of laser mirrors |
| CN102263361B (zh) * | 2011-06-22 | 2012-08-15 | 华中科技大学 | 一种激光反射腔镜组件 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3564452A (en) * | 1965-08-23 | 1971-02-16 | Spectra Physics | Laser with stable resonator |
| US3609589A (en) * | 1968-09-03 | 1971-09-28 | Perkin Elmer Corp | Mirror for resisting thermally induced warp |
| US4253739A (en) * | 1979-06-25 | 1981-03-03 | United Technologies Corporation | Thermally compensated mirror |
| US4287421A (en) * | 1978-06-07 | 1981-09-01 | Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. | Compensation of thermal expansion in mirrors for high power radiation beams |
| US6986585B1 (en) * | 2004-11-01 | 2006-01-17 | Southeastern Univ. Research Assm | Radius of curvature controlled mirror |
Family Cites Families (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2725125A (en) * | 1950-06-13 | 1955-11-29 | Augustine C Morgen | Steel scaffolding column |
| US2741727A (en) * | 1954-05-24 | 1956-04-10 | Kenneth V Youngquist | Remote control radio receiver |
| US3608478A (en) * | 1970-04-16 | 1971-09-28 | Krause Ass F A | High-speed press |
| US3841737A (en) * | 1972-07-03 | 1974-10-15 | Raytheon Co | Laminated mirror |
| US3836236A (en) * | 1972-11-24 | 1974-09-17 | Gte Sylvania Inc | Mirror mount for high power lasers |
| GB1459068A (en) * | 1974-04-24 | 1976-12-22 | Raytheon Co | Menufacture of mirrors coat9ng composition |
| US4719639B1 (en) * | 1987-01-08 | 1994-06-28 | Boreal Laser Inc | Carbon dioxide slab laser |
| SU1597834A1 (ru) | 1988-11-05 | 1990-10-07 | Ленинградский Институт Точной Механики И Оптики | Устройство фокусировки мощного оптического излучени |
| DE3900467C2 (de) * | 1989-01-10 | 1995-09-07 | Trumpf Lasertechnik Gmbh | Vorrichtung mit einem Spiegelkopf |
| JPH03208384A (ja) * | 1990-01-10 | 1991-09-11 | Mitsubishi Electric Corp | 気体レーザ装置 |
| JP2700345B2 (ja) * | 1989-08-11 | 1998-01-21 | 三菱電機株式会社 | 気体レーザ装置 |
| US5048048A (en) * | 1989-08-11 | 1991-09-10 | Mitsubishi Denki K.K. | Gas laser device |
| JP2783890B2 (ja) * | 1990-03-08 | 1998-08-06 | 東京電力株式会社 | レーザ発振器 |
| US5335242A (en) * | 1990-10-12 | 1994-08-02 | Coherent, Inc. | Resonator for CO2 slab waveguide laser |
| US5123028A (en) * | 1990-10-12 | 1992-06-16 | Coherent, Inc. | RF Excited CO2 slab waveguide laser |
| US5140606A (en) * | 1990-10-12 | 1992-08-18 | Coherent, Inc. | RF excited CO2 slab waveguide laser |
| JPH0690048A (ja) * | 1990-10-12 | 1994-03-29 | Coherent Inc | パルス波ｃｏ２レーザー |
| JP3311126B2 (ja) * | 1993-12-20 | 2002-08-05 | キヤノン株式会社 | ミラーユニットおよび該ミラーユニットを備えた露光装置 |
| DE4428194C2 (de) * | 1994-08-09 | 1998-02-12 | Rofin Sinar Laser Gmbh | Lasersystem mit einer kompensierten Spiegeloptik |
| US5801891A (en) * | 1997-04-14 | 1998-09-01 | Eastman Kodak Company | Flat mirror mounting flexure |
| US6249535B1 (en) * | 1997-07-30 | 2001-06-19 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Gas laser oscillator |
| JP2000286189A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Nikon Corp | 露光装置および露光方法ならびにデバイス製造方法 |
| WO2001075501A1 (fr) * | 2000-03-31 | 2001-10-11 | Nikon Corporation | Procede et dispositif de soutien d'un element optique, dispositif optique, appareil d'exposition, et procede de fabrication d'un dispositif |
| US7346093B2 (en) * | 2000-11-17 | 2008-03-18 | Cymer, Inc. | DUV light source optical element improvements |
| JP4150561B2 (ja) * | 2002-09-18 | 2008-09-17 | 株式会社リコー | 波面収差補正ミラーおよび光ピックアップ |
| US6992306B2 (en) * | 2003-04-15 | 2006-01-31 | Canon Kabushiki Kaisha | Temperature adjustment apparatus, exposure apparatus having the same, and device fabricating method |
| US7265814B2 (en) * | 2003-05-14 | 2007-09-04 | Canon Kabushiki Kaisha | Mirror holding method and optical apparatus |
| US7260134B2 (en) * | 2004-02-06 | 2007-08-21 | Coherent, Inc. | Dielectric coupled CO2 slab laser |
| US7263116B2 (en) * | 2004-08-05 | 2007-08-28 | Coherent, Inc. | Dielectric coupled CO2 slab laser |
| JP4817702B2 (ja) * | 2005-04-14 | 2011-11-16 | キヤノン株式会社 | 光学装置及びそれを備えた露光装置 |
| US7756182B2 (en) | 2007-03-28 | 2010-07-13 | Coherent, Inc. | RF excited CO2 slab laser tube housing and electrodes cooling |
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-
2009
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3564452A (en) * | 1965-08-23 | 1971-02-16 | Spectra Physics | Laser with stable resonator |
| US3609589A (en) * | 1968-09-03 | 1971-09-28 | Perkin Elmer Corp | Mirror for resisting thermally induced warp |
| US4287421A (en) * | 1978-06-07 | 1981-09-01 | Jersey Nuclear-Avco Isotopes, Inc. | Compensation of thermal expansion in mirrors for high power radiation beams |
| US4253739A (en) * | 1979-06-25 | 1981-03-03 | United Technologies Corporation | Thermally compensated mirror |
| US6986585B1 (en) * | 2004-11-01 | 2006-01-17 | Southeastern Univ. Research Assm | Radius of curvature controlled mirror |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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