專利名稱：用于波導(dǎo)激光器的光學(xué)安裝方案及包含其的波導(dǎo)激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的某些示例性實施例涉及波導(dǎo)激光器，包括但不限于RF激勵 的波導(dǎo)激光器。本發(fā)明的某些示例性實施例涉及與波導(dǎo)激光器(例如C02 激光器)結(jié)合使用的光學(xué)安裝方案和/或包含該方案的波導(dǎo)激光器。
背景技術(shù)：
波導(dǎo)激光器通常包括凹的或平的反射鏡，所述反射鏡與波導(dǎo)耦合在一 起限定了光學(xué)諧振器腔，所述波導(dǎo)限定了反射鏡之間的光學(xué)路徑。
波導(dǎo)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(dǎo)的截面?；蛘?，波導(dǎo) 可以被利用超聲波方式鉆透一塊諸如氧化鋁(A1203)的陶瓷，以產(chǎn)生連續(xù) 的封閉孔段，上部和下部電極平行于所述孔段。通常，振蕩電磁場(例如 射頻即RF)供應(yīng)源的正臂耦合到波導(dǎo)的上部電極，而RF供應(yīng)源的接地面 耦合到下部電極。在其間并沿著上部電極添加諧振，使RF電壓均勻地沿 著電極段分布。最后，反射鏡和波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在真空容器(激光器殼體)中對 準(zhǔn)和容納，所述真空容器保持了要被激勵的氣體。
但是，傳統(tǒng)的波導(dǎo)激光器受到一些不利影響，這些不利影響例如涉及 到光學(xué)器件被耦合到激光器的方式。例如，許多傳統(tǒng)技術(shù)包括附加的實體 元件和/或調(diào)節(jié)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(gòu)造中，應(yīng)力被直接引入到光學(xué)器件上和/或其附近。這些應(yīng)力可能造成光學(xué)器件失準(zhǔn)和/或破壞。氣體還可能從容器逸出。因此，激光器的 功能可能受到不利影響。
因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員會想到，存在著對改進(jìn)的波導(dǎo)激光器(例如 C02、 N2和/或其他波導(dǎo)激光器)的需要，這些改進(jìn)的波導(dǎo)激光器克服了這 些和/或其他的缺點中的一項或多項。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的某些示例性實施例的一個方面涉及用于波導(dǎo)激光器(例如
C02、 N2和/或其他波導(dǎo)激光器)的光學(xué)安裝技術(shù)。
某些示例性實施例的另一個方面涉及一些光學(xué)安裝技術(shù)，在這些安裝 技術(shù)中，施加到光學(xué)器件的張力得到減小。
某些示例性實施例涉及用于將載體(或其保持器)連接到光學(xué)器件的 非常薄的、基本上均勻的光學(xué)器件界面。某些示例性實施例涉及將這樣的 載體附裝到激光器。
在本發(fā)明的某些示例性實施例中，提供了一種波導(dǎo)激光器?？梢蕴峁?包含光學(xué)器件保持器的載體。光學(xué)器件可以通過表面密封環(huán)氧樹脂安裝到 載體。光學(xué)器件界面可以至少部分地由環(huán)氧樹脂形成。光學(xué)器件界面可以 是位于載體與光學(xué)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(xué)器件保持器可以在形成光學(xué)器件界面的地方附近(并可選地在施加 環(huán)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，提供了一種用于激光器的光學(xué)器件安裝 系統(tǒng)。可以提供包含光學(xué)器件保持器的載體。光學(xué)器件可以通過表面密封 環(huán)氧樹脂安裝到載體。光學(xué)器件界面可以至少部分地由環(huán)氧樹脂形成。光 學(xué)器件界面可以是位于載體與光學(xué)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(xué)器件保持器可以在形成光學(xué)器件界面的地方附近 (并可選地在施加環(huán)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，提供了一種用于氣體放電激光器的將光 學(xué)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(xué)器件。載體和/或保持器的邊緣可以形成有斜角。表面密封環(huán)氧樹脂可以
6被施加到光學(xué)器件表面和/或載體或保持器表面。流下載體的任何環(huán)氧樹脂 可以被擦去?？梢酝ㄟ^環(huán)氧樹脂形成非常薄的、基本上均勻的光學(xué)器件界 面來連接載體與光學(xué)器件。
在一些示例性實施例中，環(huán)氧樹脂可以被只施加到光學(xué)器件的表面和/ 或光學(xué)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(nèi) 邊緣和外邊緣倒角，可以使環(huán)氧樹脂的至少一些流下載體。在一些示例性 實施例中，波導(dǎo)激光器還可以包括真空容器，載體可以被附裝到激光器， 使得附裝到載體的光學(xué)器件和/或光學(xué)器件界面配合在容器內(nèi)側(cè)。在一些示 例性實施例中，光學(xué)器件可以是輸出耦合器。
這些方面和實施例可以單獨使用，也可以適用于本發(fā)明的不同實施例 的不同組合。


通過參照結(jié)合附圖對示例性實施例的下列詳細(xì)說明，可以更好并更加 完整地理解這些以及其他的特征和優(yōu)點，在附圖中 圖l是波導(dǎo)激光器的立體圖； 圖2是波導(dǎo)激光器的截面圖3是激光器沿圖4的IV — IV截面的縱向視圖； 圖4是從激光器的輸出耦合器端觀看的端部視圖5是根據(jù)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(xué)器件；
圖6的流程示了根據(jù)一種示例性實施例，在將光學(xué)器件以光學(xué)方
式安裝到載體時可以用于形成光學(xué)界面的一種處理。
具體實施例方式
現(xiàn)在將具體參照附圖，在附圖中，多個視圖之間用相同的標(biāo)號表示相
同的零件，圖l一4用于圖示波導(dǎo)激光器的操作。
圖l示出了板條(slab)波導(dǎo)激光器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(cè)壁3a—3d夾在上部電極 2與下部電極4之間，并可以由小的間隙5分隔開。側(cè)壁的寬度和厚度由 陰影示出。側(cè)壁的長度在圖l一2中沒有繪成陰影。側(cè)壁3a—3d可以由任 何合適的材料形成。例如，側(cè)壁3a—3d可以取決于所需的介電特性而由各 種材料構(gòu)造。側(cè)壁可以由陶瓷材料(例如，氧化鈹(BeO)、氮化鋁 (A1N)等)構(gòu)造。
側(cè)壁3a—3d以及各個上部電極2和下部電極4可以形成波導(dǎo)6。任意 數(shù)目的側(cè)壁3之間可以沒有間隙，也可以有任意數(shù)目的間隙。側(cè)壁可以將 波導(dǎo)6密封在預(yù)定的壓力。例如，波導(dǎo)6可以被密封在各種壓力，所述壓 力例如取決于激光介質(zhì)或所需的工作條件。另外，波導(dǎo)還可以具有電極 2、 4以及無間隙的側(cè)壁3a—3d。在這樣的實施例中，側(cè)壁3a—3d將延伸 并包圍電極2、 4以形成激光器本身的殼體。同樣，電極2、 4也可以形成 激光器的殼體。
側(cè)壁3a—3d (等)用來將光束導(dǎo)向到這樣的程度即使在側(cè)壁的各部 分之間或者側(cè)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(dǎo)激光器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(dǎo)6。電極2、 4的形狀容易被改變以使光束容易地照射并有更好的模式控制。在波導(dǎo)激 光器和其他類型的激光器中，希望在一些示例情況下存在圓對稱性，這將 給光束強度產(chǎn)生高斯形狀。電極可以被比所示情況更進(jìn)一步地圓化，使得 在某些情況下波導(dǎo)中存在完全的圓對稱性(例如波導(dǎo)截面完全是圓形)。 電極截面的不同形狀可以由傳統(tǒng)方法來形成(例如通過CNC磨削等)。
圖3示出了圖4中波導(dǎo)激光器的截面IV—IV的縱向視圖。激光器1 可以布置在殼體11內(nèi)，并包括位于兩個末端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(zhì)材料等)組成。盡管這里的討論涉及到各個 元件，但是這些元件的布置以及是否存在這些元件不應(yīng)被解釋為對本發(fā)明 范圍的限制。在包含反射性元件的密封波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，側(cè)壁或電極還形成了 殼體，在這樣的結(jié)構(gòu)中單獨的殼體并不是必需的。
激光器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(xù)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(cè)與底側(cè)之間的溫 度差異而造成的翹曲。波導(dǎo)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(dǎo)6的各末端。部分反 射表面15可以至少部分地形成用于光束的輸出耦合器。光束可以在輸出 耦合器處射出之前一次或多次經(jīng)過波導(dǎo)?？梢韵氲剑▽?dǎo)的數(shù)目和布置是 以示例性方式給出的，而不是限制。例如，某些激光器可以具有多個波 導(dǎo)，這些波導(dǎo)相連或分隔開。
圖3的實施例圖示了陶瓷側(cè)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在激光器殼體與電極組件之間 提供裝卡力以將激光器保持在一起。柱體16a—16d可以由各種材料制成 (例如BeO、 AlN或Al203，或其他陶瓷等)。所示的柱體16a—16d分別 設(shè)有電感器(inductor) 17a—17d，這些電感器有助于確保減小沿著激光器 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(diào)節(jié)器18a—18b可以用來調(diào)節(jié)光學(xué)器件。例如，調(diào)節(jié)器18a—18b可 以包括螺釘調(diào)節(jié)器，但是可以想到，替代或者附加于這種螺釘調(diào)節(jié)器，也 可以使用其他調(diào)節(jié)器來在相同平面和/或其他平面中對光學(xué)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)。 調(diào)節(jié)器18a—18b是可選的，調(diào)節(jié)器的類型不限于光學(xué)調(diào)節(jié)器或其他種類的 調(diào)節(jié)器。
圖4是激光器的端部視圖。兩個光學(xué)調(diào)節(jié)器18可以被彼此正交地布 置，以助在兩個平面中調(diào)節(jié)光學(xué)器件，這兩個平面都垂直于光束的光軸， 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(diào)節(jié)裝 置來在平行于光束的方向上對光學(xué)器件進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖5是根據(jù)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(xué)器件。由圖5可見，光學(xué)器件20通過面密封(face-sealing)環(huán)氧樹脂 而安裝到載體22。部分地取決于具體實現(xiàn)方式的需要以及環(huán)氧樹脂的相應(yīng) 特性，可以使用各種環(huán)氧樹脂。例如，環(huán)氧樹脂的品質(zhì)可以是對于激光器 氣體環(huán)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(wěn)定性、基本不滲透性等等。
現(xiàn)在將說明形成光學(xué)器件界面24的過程。環(huán)氧樹脂可以被放置在 (例如沉積在)光學(xué)器件20的表面上和/或保持器的表面上。盡管環(huán)氧樹 脂可以被放置在光學(xué)器件側(cè)面，但是可以想到，這種構(gòu)造會不利地將應(yīng)力 引入光學(xué)器件。在布置環(huán)氧樹脂的地方附近，光學(xué)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(xué)器件載體的邊緣 附近產(chǎn)生大球珠的可能性。此外，通過對密封表面的內(nèi)側(cè)邊緣和外側(cè)邊緣 倒角，可以使至少一些環(huán)氧樹脂流下載體22。流下載體22的任何環(huán)氧樹 脂可以被從載體20擦去，因為將環(huán)氧樹脂保持在載體20的內(nèi)徑或外徑至 光學(xué)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(xué)器件界面24可以是很薄的環(huán)氧樹脂層，其在載體22與光學(xué)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(chǎn)生更厚 的外部環(huán)氧樹脂環(huán)，所述環(huán)引入了不利的光學(xué)應(yīng)力。完全組裝的結(jié)構(gòu)可以 被連接到激光器的輸出耦合器端，使得從載體22突出的部分(包括光學(xué) 器件20和光學(xué)器件界面24)配合在激光器容器的內(nèi)側(cè)。
圖6的流程示了根據(jù)一種示例性實施例，在將光學(xué)器件以光學(xué)方 式安裝到載體時可以使用的形成光學(xué)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(xué)器件。在步驟S63，可以通過對光學(xué)器件保 持器或載體的內(nèi)邊緣或外邊緣進(jìn)行倒角，在將要放置環(huán)氧樹脂的地方附近 使光學(xué)器件保持器或載體形成斜角。在步驟S66，可以在光學(xué)器件的表面 上和/或光學(xué)器件保持器或載體上放置適當(dāng)選擇的環(huán)氧樹脂。在步驟S68可 以擦去任何流下載體的環(huán)氧樹脂。在步驟S70可以形成非常薄的、基本上 均勻的光學(xué)器件界面。在圖6未示出的步驟中，這種完全組裝的結(jié)構(gòu)可以 被連接到激光器的輸出耦合器端，使得從載體突出的部分(包括光學(xué)器件 和光學(xué)器件界面)配合在激光器的容器內(nèi)側(cè)。
10這些技術(shù)可以產(chǎn)生一些優(yōu)點。例如，在光學(xué)器件與載體之間存在由薄 的、基本上均勻的環(huán)氧樹脂層形成的密封時，在環(huán)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(yīng)力。這可以幫助將光學(xué)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(xué)器件安裝或裝卡元 件都是可選的，并因為這些技術(shù)中包含的勞動也得以減少，所以相應(yīng)的技 術(shù)容易較便宜。
可以想到，可以對許多不同的裝置構(gòu)造載體。因此，所示并結(jié)合圖5 所述的豬嘴狀(snout)構(gòu)造是以示例方式提供的，而不是限制。圖5的豬 嘴狀構(gòu)造使得在光學(xué)器件被配合到(例如向內(nèi)突出到)容器中的同時，載 體能夠被密封到激光器真空容器中。當(dāng)然也可以想到，在一些其他示例性 實施例中，光學(xué)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(gòu)造中，多個光學(xué)器件可以通過多個光學(xué)器件界面連接到單一 的載體。
盡管已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為是最實用和優(yōu)選的實施例的內(nèi)容對本發(fā)明進(jìn)行 了說明，但是應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明應(yīng) 當(dāng)認(rèn)為覆蓋了所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)所包括的各種變更形式和等價 布置。
權(quán)利要求
1. 一種波導(dǎo)激光器，包括載體，其包含光學(xué)器件保持器；光學(xué)器件，其至少通過表面密封環(huán)氧樹脂安裝到所述載體；和光學(xué)器件界面，其至少部分地由所述環(huán)氧樹脂形成，所述光學(xué)器件界面是位于所述載體與所述光學(xué)器件的表面之間的基本上均勻厚度的薄層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述環(huán)氧樹脂被施加到所述光學(xué)器件的表面和/或所述光學(xué)器件保持器的表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述載體和/或所述載體 的光學(xué)器件保持器在施加所述環(huán)氧樹脂的地方附近形成有斜角。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述環(huán)氧樹脂不被施加 到所述光學(xué)器件的任何側(cè)面。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述光學(xué)器件保持器在 形成所述光學(xué)器件界面的表面包括經(jīng)倒角的內(nèi)邊緣和外邊緣。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述光學(xué)器件保持器的 經(jīng)倒角的內(nèi)邊緣和外邊緣布置成使所述環(huán)氧樹脂中的至少一些流下所述載 體。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述環(huán)氧樹脂被選擇為 提供降低的釋氣性、提供穩(wěn)定性和/或提供基本不可滲透性。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，還包括真空容器，其中，所述載體被附裝到所述激光器，使得附裝到所述載體的所述光 學(xué)器件和/或所述光學(xué)器件界面配合在所述容器內(nèi)側(cè)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述光學(xué)器件是輸出耦 合器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)激光器，其中，所述激光器是C02激 光器。
11. 一種用于激光器的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，包括 載體，其包含光學(xué)器件保持器；光學(xué)器件，其通過環(huán)氧樹脂安裝到所述載體；和光學(xué)器件界面，其至少部分地由所述環(huán)氧樹脂形成，所述光學(xué)器件界 面是位于所述載體與所述光學(xué)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(xué)器件保持器在形成所述光學(xué)界面 的地方附近形成有斜角。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，其中，所述環(huán)氧樹脂 被施加到所述光學(xué)器件的表面和/或所述光學(xué)器件保持器的表面。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，其中，所述載體和/或 所述載體的光學(xué)器件保持器在施加所述環(huán)氧樹脂的地方附近形成有斜角。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，其中，所述環(huán)氧樹脂 不被施加到所述光學(xué)器件的任何側(cè)面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)器件 保持器在形成所述光學(xué)器件界面的表面包括經(jīng)倒角的內(nèi)邊緣和外邊緣。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)器件 保持器的經(jīng)倒角的內(nèi)邊緣和外邊緣布置成使所述環(huán)氧樹脂中的至少一些流 下所述載體。
17. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)器件安裝系統(tǒng)，其中，所述環(huán)氧樹脂 被選擇為提供降低的釋氣性、提供穩(wěn)定性和/或提供基本不可滲透性。
18. —種用于氣體放電激光器的將光學(xué)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(xué)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(huán)氧樹脂施加到所述光學(xué)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(huán)氧樹脂；通過所述環(huán)氧樹脂，形成非常薄的、基本上均勻的光學(xué)界面以連接所 述載體與所述光學(xué)器件。
19. 根據(jù)權(quán)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(nèi)邊緣和外邊緣倒角以形成其斜角。
20.—種波導(dǎo)激光器，包括 載體，其包含光學(xué)器件保持器；光學(xué)器件，其通過至少環(huán)氧樹脂而直接或間接地安裝到所述載體；光學(xué)器件界面，至少部分地由所述環(huán)氧樹脂形成，所述光學(xué)器件界面 包括至少一個位于所述載體與所述光學(xué)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(xué)器件保持器中的一者或兩者在形成所述光 學(xué)界面的地方附近形成有斜角。
全文摘要
本發(fā)明的一些示例實施例涉及波導(dǎo)激光器，如RF激勵波導(dǎo)激光器。本發(fā)明的一些示例實施例提供了用于波導(dǎo)激光器的光學(xué)安裝方案。在一些示例性實施例中，可以提供包括光學(xué)器件保持器的載體。光學(xué)器件可以通過表面密封的環(huán)氧樹脂而安裝到載體。光學(xué)器件界面可以至少部分地由環(huán)氧樹脂形成。光學(xué)器件界面可以是位于載體與光學(xué)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(xué)器件保持器可以在形成光學(xué)器件界面的地方附近(并可選地在施加環(huán)氧樹脂的地方附近)帶有斜角。在一些示例性實施例中，環(huán)氧樹脂可以被只施加到光學(xué)器件的表面和/或光學(xué)器件保持器的表面。在一些示例性實施例中，波導(dǎo)激光器還可以包括真空容器，載體可以被附裝到激光器，使得附裝到載體的光學(xué)器件和/或光學(xué)器件界面配合在容器內(nèi)側(cè)。
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(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者內(nèi)森·P·蒙蒂 申請人:錄象射流技術(shù)公司