[發明專利]用于激光器的偏振和模式選擇技術

有效

• 申請號: 201811300195.6
• 申請日: 2018-11-02
• 公開（公告）號: CN109346910B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 彼得·愛德華·迪爾;杰森·羅伯特·李;加文·艾倫·詹姆斯·馬克利
• 申請（專利權）人: 英國羅悉激光有限公司
• 主分類號: H01S3/063
• 分類號: H01S3/063;H01S3/223
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳煒

描述了一種用于氣體波導激光器的偏振和模式選擇技術，其中波導的表面被形成為基本上介電表面，在所述基本上介電表面中具有局部金屬區域。金屬區域提供線偏振，而介電表面提供低階模式選擇。描述了具有各種共振腔結構的通道和平面波導的實施例。提供了波導表面上的金屬區域的尺寸和位置的范圍。

技術領域

本發明涉及一種激光器中的組合偏振和模式選擇技術，并且更具體地講涉及，但并非僅涉及，一種氣體波導激光器，在所述氣體波導激光器中，波導的介電表面具有位于其中的局部金屬區域。所述金屬區域的位置和尺寸能夠變化以提供偏振和模式選擇。

背景技術

對于許多工業激光處理系統而言，氣體波導激光器是典型選擇。激光器包括：第一和第二表面，所述第一和第二表面分離以在所述表面之間在第一軸線上形成波導；放電區域，被包含在波導的至少一部分內；和共振腔，具有與第一軸線正交的波束傳播軸線。當僅存在兩個表面時，波導發生在第一軸線上的一個維度中，并且所述表面具有足以允許沿與第一和傳播軸線正交的軸線的自由空間傳播的寬度。這被稱為平面波導，并且形成條形激光器。第三和第四表面可存在于垂直于第一軸線和傳播軸線的第二軸線上。第一和第二表面之間的距離通常是1mm至3mm以用于波導。如果第三和第四表面之間的距離大于第一和第二表面之間的距離的10倍，則這是平面波導。當第三和第四表面分開1mm至3mm時，光的波導沿著兩個維度發生。這被稱為通道波導。

對于典型平面波導，第一和第二表面是金屬表面(諸如，鋁)。在存在第三和第四表面的情況下，這些將會是電介質(諸如，礬土)。替代地，所有表面可以是介電引導表面。通過在用于第一和第二表面的金屬基底上涂敷電介質，可實現這一點。在通道波導中，典型布置是全部介電表面或者第一和第二金屬表面以及第三和第四介電表面。同樣地，介電引導層可被形成在金屬基底上。在現有技術中，為波導創建放電的每個表面通常是完全金屬表面或完全介電表面。

眾所周知：與由介電表面引導的那些光相比，對于由金屬表面引導的光而言，存在不同模式和偏振性質。礬土引導表面為鋁表面提供更好的模式選擇性質。然而，對于偏振選擇，金屬波導表面遠優于介電波導表面。

與低階模式一起，對于許多工業激光處理系統而言，需要穩定并且線性的偏振。在厚(5mm)鋼的切割中，當更深地穿透到材料中時的切口的側壁中的激光吸收變得越來越顯著。由于切割角度在布儒斯特角附近，所以吸收是高度偏振相關的。為了防止沿著正交切割方向的切割邊緣質量和機加工速度的不一致，使用簡單的四分之一波片將激光器的線偏振輸出變換成圓偏振。如果來自激光器的偏振并非線性和穩定，則變換的偏振將會是不一致的并且切割質量和深度將會是非常易變的。在反射介質(尤其是金屬)的激光處理期間，大部分激光被反射。這種背反射光能夠被引導到激光器中，引起激光輸出的顯著變化，并且在最極端情況下，引起對激光共振腔內的光學部件的損害。通過背反射裝置，能夠防止來自激光器的線偏振輸出在從工件反射之后重新進入，所述背反射裝置旋轉返回偏振并且吸收沿著垂直于離開激光器的發射的方向的偏振。如果偏振并非線性或穩定，則背反射裝置將會被損壞，由此不再防止背反射光重新進入激光器。當安裝激光器時，可變偏振也能夠提出挑戰。許多分束器具有偏振相關反射率。因此，將單個激光源用于多個波束的安裝將會沿著每個波束路徑具有不需要的功率的變化。最后，用于使波束偏轉并且改變時間輪廓的光調制器(諸如，聲光調制器)具有強偏振相關性，防止利用可變偏振激光器的有效操作。

用于使激光器偏振的標準技術是將布氏片放置在激光腔中。與p偏振輻射相比，對于s偏振輻射而言，這引入顯著更高的損耗。然而，這不適合許多具有氣體活性介質的波導激光器。通常，共振腔反射鏡被布置為靠近波導的末端(殼體1附近位置)，以確保光被高效耦合到緊湊裝置中的波導中。因此，不存在足以安裝布氏片的空間。另外，在條形激光器中，電極寬度通常25mm。由于布氏片將會需要在波束的整個寬度上延伸，所以該部件將會較大并且過于昂貴。

在現有技術中，通過使共振腔反射鏡與波導出口分開以將增加的耦合損耗從共振腔反射鏡引入到用于更高階波導的波導來提供用于金屬電極的模式選擇。雖然有效，但這個方案導致對共振腔設計產生明顯的約束，所述約束會在優化波導激光器時限制可用選擇。