[发明专利]激光器的模式选择技术

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

上述发明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。在以下方面该发明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。当该发明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“Gosudarstvennoye Predpriyatie Nauchnoissledovatelsky Institut Lazernoy Fizike”和日本的“Amada Company, 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发明的一个继续，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。