用于波導雷射器的光學安裝方案及包含其的波導雷射器的製作方法

2023-11-04 22:38:47 1

專利名稱：用于波導雷射器的光學安裝方案及包含其的波導雷射器的製作方法
技術領域：
本發明的某些示例性實施例涉及波導雷射器，包括但不限於RF激勵 的波導雷射器。本發明的某些示例性實施例涉及與波導雷射器(例如C02 雷射器)結合使用的光學安裝方案和/或包含該方案的波導雷射器。
背景技術：
波導雷射器通常包括凹的或平的反射鏡，所述反射鏡與波導耦合在一 起限定了光學諧振器腔，所述波導限定了反射鏡之間的光學路徑。
波導通常包括溝道，所述溝道利用鋁和/或銅的下部電極而接地到陶瓷 塊(例如A1203)，所述下部電極被添加以完成波導的截面。或者，波導 可以被利用超聲波方式鑽透一塊諸如氧化鋁(A1203)的陶瓷，以產生連續 的封閉孔段，上部和下部電極平行於所述孔段。通常，振蕩電磁場(例如 射頻即RF)供應源的正臂耦合到波導的上部電極，而RF供應源的接地面 耦合到下部電極。在其間並沿著上部電極添加諧振，使RF電壓均勻地沿 著電極段分布。最後，反射鏡和波導結構在真空容器(雷射器殼體)中對 準和容納，所述真空容器保持了要被激勵的氣體。
但是，傳統的波導雷射器受到一些不利影響，這些不利影響例如涉及 到光學器件被耦合到雷射器的方式。例如，許多傳統技術包括附加的實體 元件和/或調節器，它們需要額外的安裝和/或裝卡步驟。在實體元件以及 安裝和/或裝卡所需的勞動方面，這些步驟引入了額外的成本。在這些和/ 或其他的構造中，應力被直接引入到光學器件上和/或其附近。這些應力可能造成光學器件失準和/或破壞。氣體還可能從容器逸出。因此，雷射器的 功能可能受到不利影響。
因此，本領域技術人員會想到，存在著對改進的波導雷射器(例如 C02、 N2和/或其他波導雷射器)的需要，這些改進的波導雷射器克服了這 些和/或其他的缺點中的一項或多項。

發明內容
本發明的某些示例性實施例的一個方面涉及用于波導雷射器(例如
C02、 N2和/或其他波導雷射器)的光學安裝技術。
某些示例性實施例的另一個方面涉及一些光學安裝技術，在這些安裝 技術中，施加到光學器件的張力得到減小。
某些示例性實施例涉及用於將載體(或其保持器)連接到光學器件的 非常薄的、基本上均勻的光學器件界面。某些示例性實施例涉及將這樣的 載體附裝到雷射器。
在本發明的某些示例性實施例中，提供了一種波導雷射器。可以提供 包含光學器件保持器的載體。光學器件可以通過表面密封環氧樹脂安裝到 載體。光學器件界面可以至少部分地由環氧樹脂形成。光學器件界面可以 是位於載體與光學器件表面之間的基本上均勻厚度的薄層。載體和/或載體 的光學器件保持器可以在形成光學器件界面的地方附近(並可選地在施加 環氧樹脂的地方附近)形成有斜角。
在一些其他示例性實施例中，提供了一種用於雷射器的光學器件安裝 系統。可以提供包含光學器件保持器的載體。光學器件可以通過表面密封 環氧樹脂安裝到載體。光學器件界面可以至少部分地由環氧樹脂形成。光 學器件界面可以是位於載體與光學器件表面之間的基本上均勻厚度的薄 層。載體和/或載體的光學器件保持器可以在形成光學器件界面的地方附近 (並可選地在施加環氧樹脂的地方附近)形成有斜角。
在一些其他示例性實施例中，提供了一種用於氣體放電雷射器的將光 學器件安裝到載體的方法。可以提供包含保持器的載體。還可以提供該光 學器件。載體和/或保持器的邊緣可以形成有斜角。表面密封環氧樹脂可以
6被施加到光學器件表面和/或載體或保持器表面。流下載體的任何環氧樹脂 可以被擦去。可以通過環氧樹脂形成非常薄的、基本上均勻的光學器件界 面來連接載體與光學器件。
在一些示例性實施例中，環氧樹脂可以被只施加到光學器件的表面和/ 或光學器件保持器的表面。在一些示例性實施例中，通過對密封表面的內 邊緣和外邊緣倒角，可以使環氧樹脂的至少一些流下載體。在一些示例性 實施例中，波導雷射器還可以包括真空容器，載體可以被附裝到雷射器， 使得附裝到載體的光學器件和/或光學器件界面配合在容器內側。在一些示 例性實施例中，光學器件可以是輸出耦合器。
這些方面和實施例可以單獨使用，也可以適用於本發明的不同實施例 的不同組合。


通過參照結合附圖對示例性實施例的下列詳細說明，可以更好並更加 完整地理解這些以及其他的特徵和優點，在附圖中 圖l是波導雷射器的立體圖； 圖2是波導雷射器的截面圖3是雷射器沿圖4的IV — IV截面的縱向視圖； 圖4是從雷射器的輸出耦合器端觀看的端部視圖5是根據一種示例性實施例的載體的簡化局部立體圖，該載體帶有 與之相連的光學器件；
圖6的流程示了根據一種示例性實施例，在將光學器件以光學方
式安裝到載體時可以用於形成光學界面的一種處理。
具體實施例方式
現在將具體參照附圖，在附圖中，多個視圖之間用相同的標號表示相
同的零件，圖l一4用於圖示波導雷射器的操作。
圖l示出了板條(slab)波導雷射器l，包括頂部(或上部)電極2以 及底部(或下部)電極4。上部電極2和下部電極4可以各自具有各種形7777
狀(例如平面的、可變厚度的、彎曲的等等)。側壁3a—3d夾在上部電極 2與下部電極4之間，並可以由小的間隙5分隔開。側壁的寬度和厚度由 陰影示出。側壁的長度在圖l一2中沒有繪成陰影。側壁3a—3d可以由任 何合適的材料形成。例如，側壁3a—3d可以取決於所需的介電特性而由各 種材料構造。側壁可以由陶瓷材料(例如，氧化鈹(BeO)、氮化鋁 (A1N)等)構造。
側壁3a—3d以及各個上部電極2和下部電極4可以形成波導6。任意 數目的側壁3之間可以沒有間隙，也可以有任意數目的間隙。側壁可以將 波導6密封在預定的壓力。例如，波導6可以被密封在各種壓力，所述壓 力例如取決於雷射介質或所需的工作條件。另外，波導還可以具有電極 2、 4以及無間隙的側壁3a—3d。在這樣的實施例中，側壁3a—3d將延伸 並包圍電極2、 4以形成雷射器本身的殼體。同樣，電極2、 4也可以形成 雷射器的殼體。
側壁3a—3d (等)用來將光束導向到這樣的程度即使在側壁的各部 分之間或者側壁的各部分與電極2、 4之間存在間隙，也幾乎沒有或者沒 有顯著的光束惡化或功率損耗。在不顯著影響光束的情況下，間隙5可以 是各種尺寸(例如約1 —3mm，或者更大或更小)。
圖2是通過圖1的波導雷射器1的橫截面的端部視圖。所示上部電極 2和下部電極4的形狀形成了帶有圓角(或角部隆起)的波導6。電極2、 4的形狀容易被改變以使光束容易地照射並有更好的模式控制。在波導激 光器和其他類型的雷射器中，希望在一些示例情況下存在圓對稱性，這將 給光束強度產生高斯形狀。電極可以被比所示情況更進一步地圓化，使得 在某些情況下波導中存在完全的圓對稱性(例如波導截面完全是圓形)。 電極截面的不同形狀可以由傳統方法來形成(例如通過CNC磨削等)。
圖3示出了圖4中波導雷射器的截面IV—IV的縱向視圖。雷射器1 可以布置在殼體11內，並包括位於兩個末端la與lb之間的腔。末端la 包括反射性表面，末端lb包括部分反射性表面，該部分反射性表面形成 了輸出耦合器。RF饋通12可以被圍繞在絕緣殼13 (例如絕緣陶瓷殼) 中。絕緣殼13可以由各種材料(例如BeO、 A1N、 A1203、其他(一種或多種)合適的絕緣和/或電介質材料等)組成。儘管這裡的討論涉及到各個 元件，但是這些元件的布置以及是否存在這些元件不應被解釋為對本發明 範圍的限制。在包含反射性元件的密封波導結構中，側壁或電極還形成了 殼體，在這樣的結構中單獨的殼體並不是必需的。
雷射器1可以布置在帶有頂部(或上部)電極板2以及底部(或下 部)電極板4的殼體11中。所示的頂部(或上部)電極2是連續的，但是 也可以包括一個或多個部分，以助減小例如由電極的頂側與底側之間的溫 度差異而造成的翹曲。波導6可以布置在全反射器14與部分反射表面15 之間。全反射器14與部分反射表面15可以位于波導6的各末端。部分反 射表面15可以至少部分地形成用於光束的輸出耦合器。光束可以在輸出 耦合器處射出之前一次或多次經過波導。可以想到，波導的數目和布置是 以示例性方式給出的，而不是限制。例如，某些雷射器可以具有多個波 導，這些波導相連或分隔開。
圖3的實施例圖示了陶瓷側壁3a—3e彼此鄰接而沒有留下間隙的情 況。在圖3中，利用四個陶瓷柱體16a—16d在雷射器殼體與電極組件之間 提供裝卡力以將雷射器保持在一起。柱體16a—16d可以由各種材料製成 (例如BeO、 AlN或Al203，或其他陶瓷等)。所示的柱體16a—16d分別 設有電感器(inductor) 17a—17d，這些電感器有助於確保減小沿著雷射器 長度的電壓差異。至少一個電源可以通過連接器12而連接。
調節器18a—18b可以用來調節光學器件。例如，調節器18a—18b可 以包括螺釘調節器，但是可以想到，替代或者附加於這種螺釘調節器，也 可以使用其他調節器來在相同平面和/或其他平面中對光學器件進行調節。 調節器18a—18b是可選的，調節器的類型不限於光學調節器或其他種類的 調節器。
圖4是雷射器的端部視圖。兩個光學調節器18可以被彼此正交地布 置，以助在兩個平面中調節光學器件，這兩個平面都垂直於光束的光軸， 所述光軸與孔6平行地布置。可以想到，也可以使用未示出的其他調節裝 置來在平行於光束的方向上對光學器件進行調節。
圖5是根據一種實施例的載體的局部立體圖，該載體帶有與之相連的光學器件。由圖5可見，光學器件20通過面密封(face-sealing)環氧樹脂 而安裝到載體22。部分地取決於具體實現方式的需要以及環氧樹脂的相應 特性，可以使用各種環氧樹脂。例如，環氧樹脂的品質可以是對於雷射器 氣體環境可接受的，使其特性例如包括降低的(或低的)釋氣(out-gassing) 性、穩定性、基本不滲透性等等。
現在將說明形成光學器件界面24的過程。環氧樹脂可以被放置在 (例如沉積在)光學器件20的表面上和/或保持器的表面上。儘管環氧樹 脂可以被放置在光學器件側面，但是可以想到，這種構造會不利地將應力 引入光學器件。在布置環氧樹脂的地方附近，光學保持器或載體22可以 替代性地或者附加地形成斜角。這降低了表面張力在光學器件載體的邊緣 附近產生大球珠的可能性。此外，通過對密封表面的內側邊緣和外側邊緣 倒角，可以使至少一些環氧樹脂流下載體22。流下載體22的任何環氧樹 脂可以被從載體20擦去，因為將環氧樹脂保持在載體20的內徑或外徑至 光學器件的界面24上的表面張力的量更小(或甚至基本上沒有表面張 力)。光學器件界面24可以是很薄的環氧樹脂層，其在載體22與光學器 件20的表面之間厚度基本上均勻。任何邊緣的球珠形成都容易產生更厚 的外部環氧樹脂環，所述環引入了不利的光學應力。完全組裝的結構可以 被連接到雷射器的輸出耦合器端，使得從載體22突出的部分(包括光學 器件20和光學器件界面24)配合在雷射器容器的內側。
圖6的流程示了根據一種示例性實施例，在將光學器件以光學方 式安裝到載體時可以使用的形成光學器件界面的一種處理。在步驟S60提 供載體，在步驟S62提供光學器件。在步驟S63，可以通過對光學器件保 持器或載體的內邊緣或外邊緣進行倒角，在將要放置環氧樹脂的地方附近 使光學器件保持器或載體形成斜角。在步驟S66，可以在光學器件的表面 上和/或光學器件保持器或載體上放置適當選擇的環氧樹脂。在步驟S68可 以擦去任何流下載體的環氧樹脂。在步驟S70可以形成非常薄的、基本上 均勻的光學器件界面。在圖6未示出的步驟中，這種完全組裝的結構可以 被連接到雷射器的輸出耦合器端，使得從載體突出的部分(包括光學器件 和光學器件界面)配合在雷射器的容器內側。
10這些技術可以產生一些優點。例如，在光學器件與載體之間存在由薄 的、基本上均勻的環氧樹脂層形成的密封時，在環氧樹脂的固化周期中只 會引入更少量(例如基本上可忽略的量)的應力。這可以幫助將光學器件 保持在其正確的位置而不受損壞。因為任何實體的光學器件安裝或裝卡元 件都是可選的，並因為這些技術中包含的勞動也得以減少，所以相應的技 術容易較便宜。
可以想到，可以對許多不同的裝置構造載體。因此，所示並結合圖5 所述的豬嘴狀(snout)構造是以示例方式提供的，而不是限制。圖5的豬 嘴狀構造使得在光學器件被配合到(例如向內突出到)容器中的同時，載 體能夠被密封到雷射器真空容器中。當然也可以想到，在一些其他示例性 實施例中，光學器件可以與容器平齊、從容器向外突出，等等。另外，在 有多個腔的構造中，多個光學器件可以通過多個光學器件界面連接到單一 的載體。
儘管已經結合目前認為是最實用和優選的實施例的內容對本發明進行 了說明，但是應當明白，本發明不限於所公開的實施例，相反，本發明應 當認為覆蓋了所附權利要求的精神和範圍內所包括的各種變更形式和等價 布置。
權利要求
1. 一種波導雷射器，包括載體，其包含光學器件保持器；光學器件，其至少通過表面密封環氧樹脂安裝到所述載體；和光學器件界面，其至少部分地由所述環氧樹脂形成，所述光學器件界面是位於所述載體與所述光學器件的表面之間的基本上均勻厚度的薄層。
2. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述環氧樹脂被施加到所述光學器件的表面和/或所述光學器件保持器的表面。
3. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述載體和/或所述載體 的光學器件保持器在施加所述環氧樹脂的地方附近形成有斜角。
4. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述環氧樹脂不被施加 到所述光學器件的任何側面。
5. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述光學器件保持器在 形成所述光學器件界面的表面包括經倒角的內邊緣和外邊緣。
6. 根據權利要求5所述的波導雷射器，其中，所述光學器件保持器的 經倒角的內邊緣和外邊緣布置成使所述環氧樹脂中的至少一些流下所述載 體。
7. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述環氧樹脂被選擇為 提供降低的釋氣性、提供穩定性和/或提供基本不可滲透性。
8. 根據權利要求1所述的波導雷射器，還包括真空容器，其中，所述載體被附裝到所述雷射器，使得附裝到所述載體的所述光 學器件和/或所述光學器件界面配合在所述容器內側。
9. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述光學器件是輸出耦 合器。
10. 根據權利要求1所述的波導雷射器，其中，所述雷射器是C02激 光器。
11. 一種用於雷射器的光學器件安裝系統，包括 載體，其包含光學器件保持器；光學器件，其通過環氧樹脂安裝到所述載體；和光學器件界面，其至少部分地由所述環氧樹脂形成，所述光學器件界 面是位於所述載體與所述光學器件的表面之間的基本上均勻厚度的薄層，其中，所述載體和/或所述載體的光學器件保持器在形成所述光學界面 的地方附近形成有斜角。
12. 根據權利要求11所述的光學器件安裝系統，其中，所述環氧樹脂 被施加到所述光學器件的表面和/或所述光學器件保持器的表面。
13. 根據權利要求12所述的光學器件安裝系統，其中，所述載體和/或 所述載體的光學器件保持器在施加所述環氧樹脂的地方附近形成有斜角。
14. 根據權利要求13所述的光學器件安裝系統，其中，所述環氧樹脂 不被施加到所述光學器件的任何側面。
15. 根據權利要求11所述的光學器件安裝系統，其中，所述光學器件 保持器在形成所述光學器件界面的表面包括經倒角的內邊緣和外邊緣。
16. 根據權利要求15所述的光學器件安裝系統，其中，所述光學器件 保持器的經倒角的內邊緣和外邊緣布置成使所述環氧樹脂中的至少一些流 下所述載體。
17. 根據權利要求11所述的光學器件安裝系統，其中，所述環氧樹脂 被選擇為提供降低的釋氣性、提供穩定性和/或提供基本不可滲透性。
18. —種用於氣體放電雷射器的將光學器件附裝到載體的方法，所述 方法包括提供所述載體，所述載體包括保持器； 提供所述光學器件；使所述載體和/或所述保持器的邊緣形成有斜角；將表面密封環氧樹脂施加到所述光學器件表面和/或所述載體或保持器 表面；擦去流下所述載體的任何環氧樹脂；通過所述環氧樹脂，形成非常薄的、基本上均勻的光學界面以連接所 述載體與所述光學器件。
19. 根據權利要求18所述的方法，還包括對所述載體和/或所述保持器的內邊緣和外邊緣倒角以形成其斜角。
20.—種波導雷射器，包括 載體，其包含光學器件保持器；光學器件，其通過至少環氧樹脂而直接或間接地安裝到所述載體；光學器件界面，至少部分地由所述環氧樹脂形成，所述光學器件界面 包括至少一個位於所述載體與所述光學器件的表面之間的基本上均勻厚度 的層，其中，所述載體和所述光學器件保持器中的一者或兩者在形成所述光 學界面的地方附近形成有斜角。
全文摘要
本發明的一些示例實施例涉及波導雷射器，如RF激勵波導雷射器。本發明的一些示例實施例提供了用于波導雷射器的光學安裝方案。在一些示例性實施例中，可以提供包括光學器件保持器的載體。光學器件可以通過表面密封的環氧樹脂而安裝到載體。光學器件界面可以至少部分地由環氧樹脂形成。光學器件界面可以是位於載體與光學器件表面之間的基本上均勻厚度的薄層。載體和/或載體的光學器件保持器可以在形成光學器件界面的地方附近(並可選地在施加環氧樹脂的地方附近)帶有斜角。在一些示例性實施例中，環氧樹脂可以被只施加到光學器件的表面和/或光學器件保持器的表面。在一些示例性實施例中，波導雷射器還可以包括真空容器，載體可以被附裝到雷射器，使得附裝到載體的光學器件和/或光學器件界面配合在容器內側。
文檔編號H01S3/14GK101512852SQ200780031925
公開日2009年8月19日 申請日期2007年6月26日 優先權日2006年6月26日
發明者內森·P·蒙蒂 申請人:錄象射流技術公司