[發(fā)明專利]波長區(qū)分板條激光器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780055084.0
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN110024237B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: P·A·羅森塔爾;J·舒特勒;F·恩格爾;華恭學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 羅芬新納激光有限公司
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/223;H01S3/082;H01S3/081;H01S3/03;H01S3/105
• 代理公司: 余姚德盛專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33239
• 代理人: 鄭洪成

在CO₂氣體混合物的僅一個發(fā)射帶中產(chǎn)生激光輻射的CO₂激光器(10)具有形成不穩(wěn)定諧振器的諧振器鏡(12,14)和位于諧振器的光軸(18)上的至少一個光譜選擇元件(24,26)。至少一個光譜選擇元件(24,26)可以是一個或多個突出或凹進(jìn)表面的形式。通過沿光軸(18)形成包括至少一個光譜選擇元件(24,26)的穩(wěn)定諧振器來增強(qiáng)光譜選擇性。通過沿光軸(18)平移至少一個光譜選擇元件(24,26)，CO₂激光器(10)能在發(fā)射帶之間調(diào)諧。

優(yōu)先權(quán)

本申請要求于2016年9月7日提交的德國專利申請第10 2016 116 779.7號的優(yōu)先權(quán)，其全部公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明一般涉及控制激光器的光譜輸出。它特別涉及在具有不穩(wěn)定諧振器的激光器中選擇增益介質(zhì)的發(fā)射帶。

背景技術(shù)

二氧化碳(CO₂)和一氧化碳(CO)激光器使用受激發(fā)的氣體混合物中的分子振動和旋轉(zhuǎn)狀態(tài)之間的躍遷來產(chǎn)生紅外激光輻射。在CO₂激光器中，氣體混合物包括CO₂、氦氣(He)、氮氣(N₂)和通常較小濃度的氫氣(H₂)。通過在兩個電極之間施加電流或射頻(RF)場來激勵(泵送)氣體混合物。RF泵浦具有更長電極壽命的優(yōu)點。受激發(fā)的CO₂氣體混合物可以在多個波長范圍(帶)上發(fā)射激光輻射，其以9.3微米(μm)、9.6μm、10.2μm和10.6μm為中心。

在平板構(gòu)造中，氣體混合物在兩個緊密間隔的電極的平面波導(dǎo)表面之間的體積中通電。通過兩個諧振器鏡圍繞受激勵的氣體混合物形成激光諧振器，本領(lǐng)域技術(shù)人員將其稱為“輸出耦合器”或“前鏡”和“高反射器”或“后鏡”。氣體混合物占據(jù)體積，高度由電極之間的小間隙限定，長度由諧振器鏡之間的距離限定，并且寬度由諧振器鏡的寬度限定。在擴(kuò)散冷卻配置中，通過熱擴(kuò)散到電極來冷卻氣體混合物，電極通常包括含有流動液體冷卻劑的通道。在快速流動配置中，通過在包括氣體容器、激光諧振器和熱交換器的回路中快速循環(huán)氣體混合物來實現(xiàn)冷卻。

在平板構(gòu)造中，諧振器鏡通常形成不穩(wěn)定的激光諧振器。由諧振器鏡引導(dǎo)的自發(fā)發(fā)射的輻射在多次通過受激勵的氣體混合物期間通過受激發(fā)射被放大。輸出激光輻射在從高反射器作為近似準(zhǔn)直光束的最終反射之后離開激光諧振器，穿過輸出耦合器中的孔或經(jīng)過輸出耦合器的外邊緣。光束通過的孔或邊緣區(qū)域通過透明窗口氣密密封。

CO₂激光器主要用于工業(yè)材料加工，特別是用于切割，劃線，標(biāo)記和焊接。諸如塑料和木材之類的切削材料通常需要幾十到幾百瓦的功率，而切割和焊接金屬和金屬合金通常需要千瓦級的功率，這取決于工件的厚度。在特定應(yīng)用中優(yōu)選的發(fā)射帶取決于被加工材料的吸收光譜。例如，10.2μm帶優(yōu)選用于切割某些類型的塑料，而表明9.3μm帶優(yōu)選用于牙科手術(shù)中的硬組織消融。

通常，CO₂激光器中的諧振器鏡具有金屬表面，其最通常是銅，或者是在9μm和11μm之間的所有發(fā)射帶處反射的寬帶涂層。CO₂激光器傾向于在主導(dǎo)的10.6μm波段中工作。在其他發(fā)射帶之一中沒有任何雜散發(fā)射的情況下，純粹在一個發(fā)射帶中產(chǎn)生激光輻射是有挑戰(zhàn)性的。僅產(chǎn)生具有較小的發(fā)射截面的9.3μm波段或9.6μm波段的激光輻射尤其具有挑戰(zhàn)性。

為了僅在一個發(fā)射帶中產(chǎn)生激光輻射，至少一個諧振器鏡可以涂覆有帶選擇性涂層，該帶選擇性涂層對于所選擇的發(fā)射帶是高度反射的并且對于其他發(fā)射帶是弱反射的。由此抑制了其他發(fā)射帶的激光。這種帶選擇性涂層比寬帶涂層厚，具有由介電材料制成的許多四分之一波長厚的層。鏡面設(shè)計針對所需的光譜選擇性進(jìn)行了優(yōu)化，但是由于介電材料的相對低的導(dǎo)熱性，這種厚涂層易于受到顆粒引起的光學(xué)損傷。由涂層表面上的顆粒吸收激光輻射引起的局部加熱會引起災(zāi)難性損壞。這種厚涂層具有與下面的基底材料不同的熱膨脹特性，也易于分層。與簡單的寬帶涂層相比，帶選擇性涂層的另一個缺點是成本高。