CN1362765A

CN1362765A - 用于激光源的激活元件的制造方法

Info

Publication number: CN1362765A
Application number: CN01143299A
Authority: CN
Inventors: J·－E·蒙塔尼
Original assignee: Selas Laser Industry S A
Current assignee: Selas Laser Industry S A
Priority date: 2000-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2002-08-07
Also published as: EP1220387B1; FR2818813B1; US6558972B2; DE60103727T2; FR2818813A1; EP1220387A1; DE60103727D1; US20020085607A1

Abstract

制造用于激光源的激活元件的方法。该激活元件包括至少一个包括能够吸收泵浦束的掺杂质的掺杂部分,以及至少一个未掺杂部分,它们具有相同几何形状的相对的面,根据该方法,为制造激活元件连续实施下述过程与步骤:一个制备伸长杆(5)的过程,该伸长杆的形状与所述的几何形状相同,所述的过程包括至少一个切割步骤和一个将至少一块掺杂块(6)与至少一块未掺杂块(7、8)进行接合的步骤,以及从激活杆(5)形成多个激活元件的步骤,所述形成步骤包括至少一个沿着激活杆(5)进行横向切割的步骤和对激活元件的表面进行共同处理的步骤。

Description

用于激光源的激活元件的制造方法

本发明涉及制造用于激光源的激活元件的方法。

已知激光源通常至少包括：

1)至少部分掺杂的激活元件，在该元件中产生受激放大(激光)现象；

2)产生泵浦束的泵浦系统，在所述激活元件中发射该泵浦束以便为所述的激光放大提供所需的能量；以及

3)光学谐振腔，它赋予由该放大获得的激光束的定向性和几何特性。

更具体而言，本发明涉及激活元件的制造，该激活元件至少包括一个掺杂部分，该部分包括能够吸收泵浦束以放大激光辐射的吸收性掺杂质；以及至少包括一个不包含这种吸收性掺杂质的不掺杂部分。

在本发明的范围内，“不掺杂”的部分或块是指一个不包括所述的吸收性掺杂质的部分或块，也就是说是一个不吸收泵浦(泵浦束)的部分或块。但是该部分和该区可以包括具体的不是为吸收泵浦的掺杂质。

为制造这种激活元件，通常连续进行如下的操作：

a)将形成不掺杂部分的元件进行切割和抛光；

b)将形成掺杂部分的元件进行切割和抛光；

c)将这二个元件进行接合(joining)以形成激活元件；并且

d)对该激活元件的表面进行处理。

当然，如果希望制造多个这种激活元件，有必要对这些激活元件中的每一个单独进行上述的a)到d)顺序的操作。

所以，制造多个相同的激活元件所花费的时间长而且费用高。

本发明的目的是克服这些缺陷。它涉及一种快速、有效而且以降低的成本来制造用于激光源的激活元件的方法。

根据本发明，提供一种所述的用于激光源的激活元件的制造方法。每一个所述的激活元件包括至少一个掺杂部分，该部分包括能够吸收泵浦束以放大激光辐射的吸收性掺杂质，以及至少一个不包括这种吸收性掺杂质的不掺杂部分，所述激活元件中的每一个具有一个第一面和一个第二相反的面，这二个面中的每一个具有相同的几何形状并且互相隔离一段预设的距离，在所述的用于激光源的激活元件的制造方法中值得注意的是连续进行以下过程：

A)制备伸长激活杆的过程，该激活杆的截面与所述几何形状相同并且其长度至少是激活元件的第一面和第二面之间的预设距离的二倍，所述的制备过程至少包括一个切割步骤和一个将至少一个掺杂的伸长块与至少一个未掺杂的伸长块接合的步骤，该掺杂伸长块包括所述的吸收性掺杂质，该未掺杂伸长块不包括所述的吸收性掺杂质；以及

B)由所述激活杆形成多个激活元件的过程，该形成过程至少包括一个沿着所述激活杆的横向切割和对所述激活元件表面进行共同处理的步骤。

所以凭借用来制造激活元件的本发明，制成了半成品(该激活杆)，从而使得，也就是说对所有待制造的激活元件进行共同操作成为可能，至少：

1)在制备该杆的过程中进行接合[对掺杂的或未掺杂的块]，以及

2)在形成激活元件的过程中对表面进行处理。

因此，由于不是针对每一个接合和表面处理步骤进行多个单独的操作，而是只进行单一的简单共同操作，因而可以快速地制造激活元件并降低成本。

第一实施方案中，在所述的形成过程中，连续进行以下操作：

a)所述的共同处理表面的步骤，它包括对所述激活杆的表面的处理；以及

b)所述的横向切割步骤，它包括对所述激活杆的切割，通过这种处理形成多个激活元件，这些激活元件包括由所述的预设的距离相互隔离开的第一面和第二面。

另外，在第二实施方案中，在所述的形成过程中，连续进行以下步骤：

a)所述的横向切割步骤，它包括对所述的激活杆的切割，以形成多个激活元件，这些激活元件包括由所述的预设距离相互隔离开的第一面和第二面，并且

b)所述对表面进行共同处理的步骤，其中至少采用该方式形成的激活元件中的一些通过以下方法进行重新装配，即：简单地将第一面与第二面接触以获得一个至少部分重建的激活杆并且由此对表面进行处理，这就是说，对所述的重新装配的激活元件的表面进行共同处理。

最好，在所述形成过程中，在进行横向切割之后，将对应于该激活元件的所述的第一面和第二面的被切割面进行抛光。但是，如果该切割步骤足够精确，有可能不用对切割面进行抛光。

另外，在所述的切割步骤：

1)在第一变型中，采用相同的金刚石锯进行连续切割；并且

2)在第二变型中，采用锯同时进行多横向切割，该锯包括一种配置平行刀片的梳子，它使得缩短切割时间成为可能并且因此也缩短了根据本发明的制备方法的实施时间。

另外，在所述的制备激活杆的过程中，在第一变型中，连续进行以下步骤：

a)所述的切割步骤，它包括将所述的伸长块[掺杂的和未掺杂的]切割成如此的尺寸使得，当将它们互相接合在一起时形成所述的激活杆，该激活杆的截面与所述的几何形状相同而且至少为激活元件的第一面与第二面之间预设距离的二倍；并且

b)所述的接合步骤，它包括将所述的伸长块接合以形成所述的激活杆。

此外，在第二变型中，连续进行以下步骤：

a)所述接合步骤，它包括将所述的伸长块接合以便形成激活单元，并且

b)所述的切割步骤，它包括对所述的激活单元进行切割以获得所述的具有想要尺寸的激活杆，即截面与所述的几何形状相同而且其长度至少为激活元件的第一面与第二面之间预设距离的二倍；

另外，根据本发明，在所述制备过程中或之前，或者在形成该激活杆之后，对所述伸长块的面进行抛光，当所述伸长块位于对应于该接合位置时，这些伸长块是可见的。

尽管，在本发明的上下文的范围内，可以通过各种已知的技术将这些块相互接合，例如粘性连接，但是这种接合最好通过普通焊接进行。

在一个具体的实施方案中，所述的激活杆由一块掺杂的伸长块和二块未掺杂的伸长块形成。在这种情况下，最好，所述的掺杂的伸长块具有平板形状而且所述的二块未掺杂的伸长块相同并被分别安装在所述平板的二侧。

附图可以帮助理解本发明是如何进行制造的。在这些附图中，相同的参照符号表示相似的元件。

图1和图2分别说明根据本发明的方法的二个变型的连续步骤。

图3以透视的方式展示出能够采用根据本发明方法制造的激活元件。

图4展示出若干有待互相束缚的以形成激活杆的伸长块。

图5展示出由图4所示的伸长块获得的激活杆，该激活杆准备用来制造多个图3所示的激活元件。

按照图1和图2中的二个不同的实施方案对根据本发明的方法进行示意性地说明，该方法准备用来制造用于激光光源的激活元件(例如图3所示的激活元件1)。

这样的激活元件1通过一种已知的方式可以与泵浦系统和光学谐振腔(未示出)组合以形成一个激光源，激活元件1包括至少一个掺杂部分2，掺杂部分2包括一个正常的吸收性掺杂质，它能吸收泵浦束以放大激光辐射；以及至少一个未掺杂部分3、4，它们不包括这样的吸收性掺杂质，未掺杂部分3、4通常用来将泵浦束传送到掺杂部分2。图3所示的激活元件的实例包括二个未掺杂部分3、4，这二部分相同并且被分别布置在掺杂部分2的二侧。

所述的制造方法使得制造多个相同的激活元件1成为可能，根据本发明，在所述的制造方法中值得注意的是连续进行以下过程：

A)制备图5所示伸长激活杆5的过程PA1或者P1B，该伸长激活杆5具有：

1)与待制造的激活元件1(图3)的正反表面S1和S2(上和下表面)的几何形状相同的截面；以及

2)至少是待制造的激活元件1的厚度e(即：平行表面S1和S2之间的距离)的二倍的长度L。最好，长度L比厚度e大10至20倍。

如下所述的制备过程P1A、P1B，包括至少一个切割步骤和一个将至少一个掺杂伸长块6与至少一个未掺杂伸长块7、8接合在一起的步骤，掺杂伸长块6包括吸收性掺杂质，而未掺杂伸长块7、8不包括吸收性掺杂质；以及

B)一个由所述激活杆5形成多个激活元件1的过程P2A、P2B，所述形成过程如下所述包括，至少一个沿所述激活杆5的横向切割的E5、E8步骤以及一个对所述激活元件1表面进行共同处理的E4、E9步骤。

应当注意的是：在一般方式中，该表面处理特别包括根据想要获得的光学特性进行涂层(例如金属或者多介电涂层)的制造。

所以，凭借本发明，为了制造激活元件1，制造了一个半成品(激活杆5)，这使得共同制造，即对所有待制造的激活元件制造成为可能，至少：

1)在制备杆5的过程P1A、P1B中(对伸长块)进行接合；以及

2)在形成激活元件1的过程P2A、P2B中进行表面处理。

由于不是针对接合和表面处理的每一步进行多个单独操作，而只进行一个简单的共同操作，所以可以以低成本快速地制造激活元件1。

应当注意：根据本发明的方法既不受表面S1和S2的几何形状的限制(可以考虑任何几何形状)，也不受激活元件1的掺杂部分以及未掺杂部分的数目的限制。

图1对第一实施方案P1A进行了说明，制备激活杆5的过程包括以下连续步骤：

a)对掺杂块6进行切割和抛光的步骤E1；

b)对未掺杂块7和8进行切割和抛光的步骤E2；

c)将各块6、7和8进行接合的步骤E3。

图4展示出在接合步骤E3之前的被切割和被抛光的块6、7和8。根据本发明对这些块6、7和8进行切割，使其具有如此的尺寸，对这些块6、7和8进行如图5所示的相互接合时直接形成想要尺寸的激活杆5，即：所述激活杆5的截面与激活元件1的表面S1和S2想要的形状相同。在图3的示例性的实施方案中，该形状是八边形。

另外，在图2所示的第二实施方案P1B中，制备激活杆5的过程包括以下连续步骤：

a)将伸长块6、7和8进行接合的步骤E6(这些块还不具有合适的尺寸)以形成一个激活单元(未示出)；并且

b)对所述激活单元进行切割和抛光的步骤E7以形成一个具有想要的尺寸的激活杆5。

在本发明的上下文的范围内，可以采用任何已知的接合方法实施接合步骤E3和E6，并且具体说来，通过粘合连接。

但是，最好通过焊接方法将块6、7和8组装在一起。

用来组装块6、7和8的具体焊接方法可以是连续进行下列步骤：

a)对待焊接的块6、7和8表面进行抛光；

b)非常仔细地对这些表面进行清洁，具体说来进行化学清洁；

c)将块6、7和8接触，这些块所具有的高平整度使它们达到分子水平粘合；

d)将如此形成的单元加热到接近形成所述块6、7和8的材料的熔点；并且

e)为防止引发残余应力的热梯度，将如此形成的杆5缓慢地冷却。

为了能恰当地实施该焊接过程，最好各个块6、7和8的材料的热膨胀系数及熔点非常接近。

此外，这些材料必须是化学兼容的。

但是当各种材料的热以及化学性质不兼容时，为匹配这些膨胀系数可以提供一种界面材料。在这种情况下，所提供的材料应当必须具有足够的柔韧性以便吸收待焊接块6、7和8的各种材料的膨胀差。

还可以设想对块7和8(没有用所述吸收性掺杂质进行掺杂)进行掺杂以使其与块6(用所述吸收性掺杂质进行掺杂)的材料相兼容，但是不会使得所述的块7和8的材料吸收泵浦束。

另外，在图1所示的第一实施方案P2A中，所述的从一个激活杆5形成激活元件1的过程可以包括连续进行以下步骤：

a)对表面进行共同处理的步骤E4，它包括对所述激活杆5的各个表面进行处理；以及

b)横向切割步骤E5，它包括对所述长度为L的激活杆5沿平行切割线9进行切割，如图5所示这些平行切割线9相互之间的间隔为所述的距离e，以形成多个厚度为e的相同的激活元件1。

为了进行表面处理，例如将激活杆5放入一个普通的处理罩内，该处理罩特别包括用来固定支撑所述的杆5的装置和用来掩蔽杆5的除待处理面以外所有面的装置。因此将杆5放入该罩中若干次，于是连续对没有被掩蔽的面进行了处理。为实现此目的，最好先处理那些容易进行涂覆的面(尤其是接收防反射涂层的面)，最后处理那些更难以处理(二色性)的面。

另外，在图2所示的第二个实施方案P2B中，所述从激活杆5形成激活元件1的过程包括以下连续步骤：

a)横向切割步骤E8，它包括为形成多个相同的激活元件1而沿图5所示的切割线9对激活杆5进行切割；以及

b)对表面进行共同处理的步骤E9，其中至少将由该方式形成的激活元件1中的一些进行重新装配，重新装配是首先简单地将第一面与第二面相接触以获得一个至少部分重建的激活杆并且由此对这些表面进行处理。

切割之后进行表面处理的第二实施方案P2B，使得可以提供该处理的激光通量的良好完整性。

在步骤E9中，激活元件1最好以切割面与切割面相对的方式进行堆垛。将该临时装配件放入普通处理罩中并进行上述步骤E4的处理。

应当注意的是：因为可以从低指数材料(例如聚合物)面上获得激活元件1的完整性，所以不需要对切割面进行处理。

另外，关于切割步骤E5和E8，可以通过连续切割或者切片(slice)例如利用普通金刚石锯对激活杆5进行切割，并且同时提供冷却液体以防止被切割材料的加热。但是为缩短切割时间，后一种可以采用一个包括配有平行刀片梳的普通锯来完成。

相对激活杆5纵向轴的横向来进行的横向切割最好沿所述纵向轴的垂直方向进行，但是并不排除其它方向。

如果该切割足够精确，那么可以省去对切割表面的抛光。

另一方面，如果在表面处理之后进行抛光，当然应采取一切必要的谨慎措施以防损坏这些处理。

尽管图1和图2只展示出二种组合(P1A-P2A；P1B-P2B)，但是在本发明的范围内，可以考虑制备过程P1A，P1B与形成过程P2A、P2B的所有可能组合(P1A-P2A；P1A-P2B；P1B-P2A；P1B-P2B)。

Claims

1.一种用于制造激光源激活元件(1)的方法，所述激活元件(1)中的每一个包括至少一个掺杂部分(2)，掺杂部分(2)包括能够吸收泵浦束以放大激光辐射的吸收性掺杂质，以及至少一个不包括这种吸收性掺杂质的不掺杂部分(3、4)，所述激活元件(1)中的每一个具有一个第一面(S1)和一个第二相反的面(S2)，这二个面中的每一个具有相同的几何形状并且相互之间隔离一个预设的距离(e)，其中连续进行以下过程：

A)制备伸长激活杆(5)的过程(P1A、P1B)，激活杆(5)的截面与所述的几何形状相同并且其长度L至少是激活元件(1)所述的第一和第二面(S1、S2)之间的预设距离(e)的二倍，所述的制备过程(P1A、P1B)包括至少一个切割步骤(E1、E2、E7)和一个将至少一个掺杂的伸长块(6)与至少一个未掺杂的伸长块(7、8)接合的步骤(E3、E6)，掺杂伸长块(6)包括所述的吸收性掺杂质，未掺杂伸长块(7、8)不包括所述的吸收性掺杂质；以及

B)从所述激活杆(5)形成多个激活元件(1)的过程(P2A、P2B)，所述形成过程包括至少一个沿所述激活杆(5)的横向切割步骤(E5、E8)和对所述激活元件(1)表面进行共同处理的步骤(E4、E9)。

2.权利要求1所要求的方法，

其中在所述的形成过程(P2A)中，连续进行以下步骤：

a)所述的共同处理表面的步骤(E4)，它包括对所述激活杆(5)的表面进行处理；以及

b)所述的横向切割步骤(E5)，它包括以形成多个激活元件(1)的方式对所述的激活杆(5)的切割，这些激活元件包括由所述预设的距离(e)相互隔离开的第一面和第二面(S1、S2)。

3.权利要求1所要求的方法，

其中，在所述的形成过程(P2B)中，连续进行以下步骤：

a)所述的横向切割步骤(E8)，它包括对所述的激活杆(5)进行切割，以便形成多个激活元件(1)，这些激活元件包括由所述预设的距离(e)相互隔离开的第一面和第二面(S1、S2)，并且

b)所述的对表面进行共同处理的步骤(E9)，其中至少激活元件(1)中的一些采用以下方法重新装配，即：简单地将第一面与第二面(S1，S2)进行接触以获得一个至少部分地被重建的激活杆并且由此对这些表面进行处理。

4.权利要求1所要求的方法，

其中，在所述的形成过程(P2A、P2B)中，在横向切割步骤(E5、E8)之后，将对应于激活元件(1)的所述的第一面和第二面(S1、S2)的切割面进行抛光。

5.权利要求1所要求的方法，

其中连续切割是在横向切割步骤(E5、E8)采用金刚石锯来进行的。

6.权利要求1所要求的方法，

其中多个切割是在横向切割步骤(E5、E8)采用包括一个配有平行刀片梳的锯同时进行的。

7.权利要求1所要求的方法，

其中，在所述的制备所述的激活杆(5)的过程(P1A)中，连续进行以下步骤：

a)所述的切割步骤(E1、E2)，它包括以下过程：将所述的伸长块(6、7、8)切割成如此的尺寸使得它们互相接合时能够形成所述的激活杆(5)，该激活杆的截面与所述的几何形状相同而且其长度(L)至少为激活元件(1)的第一面与第二面(S1、S2)之间预设的距离(e)的二倍；并且

b)所述的接合步骤(E3)，它包括将所述的伸长块(6、7、8)接合以形成所述的激活杆(5)。

8.权利要求1所要求的方法，其中在所述的制备所述的激活杆(5)的过程(P1B)中，连续进行以下步骤：

a)所述接合步骤(E6)，它包括将所述的伸长块(6、7、8)接合以形成一个激活单元，并且

b)所述的切割步骤(E7)，它包括以下的步骤：切割所述的激活单元以获得所述的具有一定尺寸的激活杆(5)，即激活杆(5)的截面与所述的几何形状相同而且其长度(L)至少为激活元件(1)的第一面与第二面(S1、S2)之间预设距离(e)的二倍；

9.权利要求1所要求的方法，

其中，在所述制备所述激活杆(5)的过程(P1A、P1B)中，对所述伸长块(6、7、8)的面进行抛光，当所述伸长块(6、7、8)位于对应于该接合位置时，该伸长块是可见的。

10.权利要求1所要求的方法，

其中，在所述的接合步骤(E3、E6)中，所述伸长块(6、7、8)通过焊接被互相接合。

11.权利要求1所要求的方法，

其中所述的激活杆(5)由一个掺杂的伸长块(6)和二个未掺杂的伸长块(7、8)形成。

12.权利要求11所要求的方法，

其中所述的掺杂的伸长块(6)具有平板形状并且所述二块未掺杂的伸长块(7、8)相同并分别被安装在所述平板(6)的二侧。