[發明專利]具有激光熔焊的光學組件的激光諧振器裝置

在審

• 申請號: 201380015673.8
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN104205526A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: D·克魯澤;C·焦萊克;S·馬爾策內爾;H·齊莫爾
• 申請（專利權）人: 通快激光標記系統公司
• 主分類號: H01S3/02
• 分類號: H01S3/02;B23K26/324
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 郭毅

技術領域

本發明涉及一種激光諧振器裝置，其具有多個光學組件并且具有一個載體板，這些光學組件中的至少一個固定在所述載體板上。

背景技術

由US?5,170,409公開了一種激光諧振器裝置，其中在由玻璃或石英玻璃構成的平面載體板上借助于UV粘接劑粘接有由石英玻璃構成的諧振器鏡保持裝置。因為可以由具有相對較低的熱膨脹系數的材料制成載體板和鏡保持裝置，所以改善激光諧振器裝置的熱穩定性。

在另一種已知的激光諧振器裝置中，金屬化待裝配的光學組件的表面并且隨后借助于焊盤將所述表面釬焊在具有相應金屬對應接觸部的載體板上。然而，待釬焊的面的金屬化導致高成本。此外，在光學組件和載體板的不同膨脹系數的情況下在熱負荷的情形中可能出現導致光學組件的失調或甚至可能損壞釬焊連接的材料應力。

在粘接劑硬化時或者在焊盤凝固時，出現收縮效應，其可能導致光學組件的失調并且僅僅有條件地允許自動裝配。此外，在更高的激光功率和更小的結構大小的情況下產生粘接劑或者焊盤由于熱負荷蒸發并且污染諧振器空間的危險。這導致激光諧振器裝置的不穩定特性直至完全失效。

為了避免由收縮效應導致的翹曲，在粘接時應使粘接縫厚度最小化并且不出現楔角。在理想情形中，光學組件和載體板平面地接觸。因此，將光學組件相對于載體板定位的自由度的數量限制到接觸面內的運動上。例如由US?6,320,706和US2008/0260330公開了在光學組件和載體板之間使用適當成型的輔助元件基本上消除所述限制并且不僅相對光學組件而且相對載體板允許平面接觸。

發明內容

本發明的任務是，在激光諧振器裝置中避免開始所述類型的收縮效應、材料應力和蒸發并且由此提高光學組件的調節精度以及使用壽命以及說明一種所屬的裝配方法。

根據本發明，所述任務通過具有多個光學組件以及具有一個由玻璃——尤其石英玻璃、由玻璃陶瓷或由結晶陶瓷構成的載體板的激光諧振器裝置解決，所述光學組件中的至少一個固定在所述載體板，其中至少一個固定在載體板上的光學組件由玻璃——尤其石英玻璃、由玻璃陶瓷或由結晶陶瓷構成并且與載體板或者直接通過至少一個激光熔焊連接材料鎖合地連接或者借助于由玻璃——尤其石英玻璃、由玻璃陶瓷或由結晶陶瓷構成的中間元件固定，其分別通過至少一個激光熔焊連接不僅與至少一個光學組件而且與載體板材料鎖合地連接。

根據本發明，激光諧振器裝置的一個或多個由玻璃、玻璃陶瓷或結晶陶瓷構成的光學組件通過激光束熔焊(也稱作“激光束玻璃熔焊”)裝配在同樣由玻璃、玻璃陶瓷或結晶陶瓷構成的載體板或者中間元件上。激光熔焊的光學組件例如涉及諧振器鏡、固體激光介質、透鏡——尤其用于耦合輸入泵光的梯度折射率透鏡以及可能涉及光學調制器，它們都可以由玻璃或者石英玻璃或者結晶陶瓷(例如BK7、鐿玻璃(Yb:Glas)、熔融石英、SF57、陶瓷Nd:YAG)制成。載體板優選由玻璃陶瓷，例如Zerodur或ULE構成。

激光束玻璃熔焊迄今用于將由硅玻璃構成的玻璃纖維與光學玻璃局部選擇性焊接。其前提條件是接合部對于激光束而言是可接近的。因此例如可以將光波導纖維材料鎖合地接合到由玻璃構成的、具有高機械品質和光學品質的光學主動組件或者光學被動組件上。借助于CO₂激光進行組件熔焊所需的熱量導入。例如在L.Schaefer和M.Schmit所著的《Welding?of?glass?fibres?onto?lagre-scale?substrates?with?high?mechanical?stability?and?optical?quality》(Physics?Procedia?5(2010)，第145-152頁)中描述了玻璃纖維激光玻璃熔焊到襯底上。

特別優選地，所有光學組件由玻璃——尤其石英玻璃、由玻璃陶瓷或由結晶陶瓷構成并且通過熔焊連接與載體板或者與中間元件材料鎖合地連接。因為所有組件是激光熔焊的，所以在激光諧振器裝置中既不存在焊劑也不存在粘接劑。

此外優選地，所有與載體板材料鎖合地連接的光學組件由具有與載體板相同的或類似的熱膨脹系數的材料構成。載體板和光學組件的類似的膨脹系數導致即使在熱負荷的情況下也幾乎無應力的材料鎖合的連接。特別優選地，光學組件由與載體板相同的材料構成。