[发明专利]激光器

说明书

本发明涉及到激光器，而且在一种情况下是涉及到无镜面的激光器。

某些现有技术的激光器是用昂贵的表面涂覆技术来制造的，并且由于要求精确调整而只能由熟练的技术人员来装配。某些现有技术的激光器使用易损坏的特别是用于红外激光波长时更易损坏的反射表面涂层。某些现有技术的激光器带有为获得良好运行而调整到精确对准的镜面。这种激光器常常不能最佳适用于要求高度便携性或长的工作寿命的场所。长期以来一直要求有一种能克服这些问题和缺点的激光器。长期以来一直要求有一种无需涂层且无需可调零件的激光器以便大幅度降低装置的成本并改进采用这种激光器的产品的耐用性以及与通常可获得的激光器比较延长采用这种设计的激光器件的工作寿命。

典型的激光器具有一个光源、一个激射材料、以及一组反射器。大多数固体激光器是由红宝石激光器设计派生出来的，这种设计由一个被螺旋形充气高强度灯环绕的红宝石材料晶体棒构成，带有位于距红宝石材料表面一个精确距离处的、或同红宝石材料表面相接触的、或涂覆在红宝石表面上的镜面。其中一个镜面带有一个孔或其反射率比其它镜面小。光从灯注入到激射材料中，引发来自晶体中杂质的光子放电。这些光子在二个镜面之间行进，产生谐波放大。被放大了的激光束通过孔或反射率降低了的区域射出。可用各种激射材料来代替红宝石晶体以产生不同波长的激光。这些材料包括钇铝石榴石(YAG)，它含有化学杂质以修正得到的激光波长。这些传统的激光器设计要求使用精确制造的镜面表面。这些表面通常是借助于用反射材料的薄涂层来涂覆表面而产生的。若采用分隔的镜面，则它们必须相对于激光棒的光轴、相对于彼此、并相对于器件的所需输出位置精确地定位。如果由于器件的处置而使镜面表面未对准，则器件的有效功能和效率被降低。反射镜面表面也可用将它们涂覆在激光晶体表面上的方法来制造。在每种情况下，都需要用昂贵的高度复杂的机构来产生厚度可控的平滑的均匀涂层。这些涂层可能被由于连续暴露于激光所引起的光化学作用损伤，特别是红外波长时更是如此。这种与日俱增的损伤降低了激光器的有效寿命。

本发明在一个实施例中公开了一种激光器，它带有安装在机箱(例如，但不局限于，一个有反射材料涂覆的例如涂银的内表面的圆柱管)中的光泵浦装置(例如，但不局限于，一个闪光灯或氙弧灯)，机箱与激光元件例如适于激射的材料棒(“激射材料”)并排或邻接。常规电源向光泵浦装置提供功率，且常规冷却装置可用来提供装置的任何冷却需求。在某些实施例中不需要冷却。光从光泵浦装置被引导向并进入棒中。在一个实施例中，棒的非发射一端做成屋脊棱镜状，而另一端带有一个垂直于棒的横轴的表面。在另一实施例中，屋脊棱镜是任一具有任意数目交于顶点的面的多面体，包括但不局限于圆锥体。在某些实施例中，棒发射端是一多面体(二面或更多面)形，带有一个形成激光束输出窗口的截头端部。

在一个实施例中，在激光棒的发射端安置了一个或更多个固体材料平行板。每一个这种板有二个面。各个面的反射性依赖于材料的反射率，但最好是小于100％。这些板最好这样制造，使每个板的各个面之间的距离d是激射材料基波长1/4的奇数倍，满足d＝(2N＋1)1/4，其中N是整数，1是激光的基波长。满足这一准则的板称为“1/4”板。各板之间的距离最好也等于d，以便从板的各面反射的光波与入射光波同相地被反射，从而产生往返行进于激射材料棒中的光的谐波放大。环(例如用跟板相同的材料，聚四氟乙烯、铝或某些具有相对低的热膨胀系数的材料制成)将各个板分隔开一所需的距离。于是，根据本发明的激射棒就组成一个由棒端和侧面包围的激光器腔。

板可由任何反射率足够高的材料制造。最好不含杂质的玻璃、刚玉、锗、铬、蓝宝石和钇铝石榴石(YAG)是一些常用的例子。在某些实施例中的平行面的数目被选择成使系统的总反射达到所需的程度。

对于较高阶的光模式(行进光束集(Sets))，即比低阶模式对棒的中心光轴处于更大角度的模式，选择根据本发明的带有此处所述截头多面体端和光束输出窗口的激光棒。在某些实施例中，较高阶模式的激光束更有利，这是由于它们产生较宽和/或较浅的孔，例如当用来在生物肌肉中穿孔以取血样时。