具有挡板的激光管的制作方法
【专利说明】具有挡板的激光管
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 根据35 U.S.C. 119(e)，本申请要求在2013年5月13日提交的美国临时申请第61/ 822562号的优先权，在此通过引用其整体而包含其内容。
【背景技术】
[0003] 激光器在激光共振器(常称为激光腔）内部产生光学福射(光）。光学福射在激光共 振器内部累积起来并最终穿过共振器的最终光学表面(常称为输出禪合器)传播到激光器 W外的空间。强力的激光可W被用于对材料进行切割、钻孔、焊接、标记或者雕刻。特别地， 当激光器内的气体介质通过应用在成对的电极之间的RF能量而被激发时，射频(RF)激发的 气体激光器产生激光能量。气体激光器的一个例子是二氧化碳(C〇2)激光器。
[0004] 激光器特别是RF激发的气体激光器的性能参数通常可W用激光功率、功率稳定性 和光束模式质量来表征。运些性能参数的每一个都可能受到激光器自身内部的一个或多个 条件的影响。例如，改变RF激发的气体激光器的电极内部的气体条件可能影响电极内部气 体放电的均匀性。运接着会影响M 2(发音为"M的平方"）参数，其定义为实际光束的光束参数 乘积(BPP)与相同波长理想高斯光束的光束参数乘积的比（例如，"光束质量因子"）。改变电 极内部气体的条件还可能影响其他激光光束特征，诸如楠圆度和/或圆度。在脉冲气体激光 器中，特别是使用不稳定共振器的情况下，激光器结构内部的声学振荡可能导致电极内部 的运些改变条件，并且因此使光束质量变差W及/或者使功率稳定性变差。因此，激光器有 效执行其预期目的的能力经常被降低。
【发明内容】
[0005] 提供本
【发明内容】
W介绍下文在具体描述中进一步描述的概念的选择。本
【发明内容】
并非要认定所要求保护的发明主题的关键或必要特征，亦非要被用作帮助限定所要求保护 的发明主题的范围。
[0006] 本发明公开的示例性实施方式针对一种用于板条激光器的管。该管包括具有第一 电极内表面的第一电极和具有第二电极内表面的第二电极。第一电极在第一横向上与第二 电极隔开，由此在第一电极内表面和第二电极内表面之间定义一个具有间隙厚度的间隙 区。该管还包括第一和第二伸长挡板部件，各自分别具有形成于其内表面的伸长中央通道。 第一和第二伸长挡板部件分别沿着第一和第二电极分别的第一和第二纵向边缘部设置在 间隙区中。第一和第二伸长挡板部件被设置为其内表面面向间隙区使得第一电极、第二电 极、第一挡板部件和第二挡板部件的内表面合作围绕间隙区。挡板部件的伸长中央通道用 于在第二横向上将间隙区延伸伸长中央通道的深度，由此在通道中定义在纵向上沿着挡板 部件的长度延伸的分隔（S化nd-off)区。
[0007] 此外，本发明公开的各种实施方式针对一种用于板条激光器的管，其包括具有第 一电极内表面的第一电极和具有第二电极内表面的第二电极。第一电极在第一横向上与第 二电极隔开，由此在第一电极内表面和第二电极内表面之间定义一个具有间隙厚度的间隙 区。该管包括第一和第二伸长挡板部件，各自分别具有形成于其内表面的伸长中央通道。第 一和第二伸长挡板部件分别沿着第一和第二电极分别的第一和第二纵向边缘部设置在间 隙区中。第一和第二伸长挡板部件被设置为其内表面面向间隙区使得第一电极、第二电极、 第一挡板部件和第二挡板部件的内表面合作围绕间隙区。第一和第二伸长挡板部件各自包 括在纵向上沿着其长度设置的开孔部。
[0008] 本发明的其他方面从后续描述和所附权利要求中将变得明显。
【附图说明】
[0009] 图1示出了使用垫片的现有技术激光器电极结构的截面图；
[0010] 图2A-2B示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用挡板隔开的激光器电极结 构的截面图；
[0011] 图3A-3B示出了根据本发明的一个或多个实施方式的用挡板隔开的激光器电极结 构的展开透视图；
[0012] 图4A-4B分别示出了根据本发明的一个或多个实施方式的激光共振器结构的展开 透视图和激光共振器的顶视图；W及
[0013] 图5示出了根据本发明的一个或多个实施方式的当使用挡板时激光光束的位置 (角度偏移)相对于到激光器的输入RF脉冲频率(激光脉冲频率)的曲线。
【具体实施方式】
[0014] 现在将参考附图详细描述具有挡板的激光管的【具体实施方式】。为了统一，各图（也 称为附图）中的相似元素用相似的参考标号来表示。
[0015] 在下面对实施方式的详细描述中，阐述了无数具体细节W提供对具有挡板的激光 管的更完善理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说很明显，运些实施方式可W在没有 运些具体细节的情况下实现。另一方面，未详细描述公知的特征W免不必要地使说明书复 杂化。
[0016] 总的来说，本公开针对一种射频(RF)激发的气体放电激光器(例如，板条激光器）。 该激光器包括容纳激光器气体的外壳，其中一对伸长的平面电极设置在该外壳内部并且被 间隔开W定义对应于放电区的一个狭长间隙。激光共振器通过在电极末端放置反射镜来定 义。电极在共振器的一个轴上形成波导或光导，并限定垂直于电极平面的轴线(波导轴)上 的共振器的激光模式。反射镜定义平行于电极平面的轴线上的激光模式。运种反射镜设置 类型在现有技术中被称为不稳定共振器(或不稳定共振腔），其在板条放电区的长轴上操 作。
[0017] 根据一个或多个实施方式，激光器可W在脉冲模式下操作，特别用于钻孔、切割 等。脉冲重复频率(PRF)和脉冲频宽比可W根据要执行的操作W及根据将在其上执行操作 的材料来进行选择(例如，PRF典型地可W从小于1千赫兹化化巧Ij大于100曲Z)。如上所述， 激光器性能(例如，输出光束形状、放电稳定性等)可能在一定频率由于声学振荡受影响，运 可能除了其他原因之外是由可归因于气体局部压力变化的气体放电量扰动引起的。
[0018] 图1示出了使用介电垫片的电极结构，介电垫片放置在电极的边缘之间或者其他 情况下沿着电极的边缘放置，W包围放电并减少放电区与放电区外部结构之间的声学禪 合。电极结构IOI包括一对矩形平面电极103a和103b(例如，对立的"热"电极和"地"电极）， 它们被一个小的横向间隙区105 (例如，具有Imm到5mm之间的厚度)隔开W定义放电区107。 电极103a和103b可W用侣制成，不过也可W使用其他材料。此外，介电垫片109a和109b可W 位于间隙区105内部在电极103a和103b之间。介电垫片109a和109b还可W沿平行电极的长 度即沿进入纸张的方向（未示出）延伸。垫片109a和109b的内边缘一直延伸到放电区107的 外边缘，并且还可W延伸到电极103a和103b的外边缘之外。垫片109a和109b可W用陶瓷诸 如氧化侣或者其他非导电材料制成。
[0019] 在图1所示的配置中，电极103a和103b W及垫片109a和109b包围放电体积使得当 该结构由RF电源(未示出）激发时，所激发的放电创建能够在光学腔(未示出）内部共振并仅 通过最终光学表面逸出的激光(创建由从不稳定共振器逸出的激光福射产生的输出光束作 为输出福射）。下面结合图4A-4B详细描述了根据一个或多个实施方式的激光共振器。
[0020] 尽管图1示出的结构可能对于减少声学振荡有益，但是放电的外边缘与垫片109a 和109b的内边缘IlOa和11化分别发生作用，并产生了其他问题，例如光束反射、激光不稳定 性和实际垫片燃烧，由此降低了激光器的有效性和生命周期。
[0021] 图2A示出了根据本发明的一个或多个实施方式的具有挡板的激光管的截面图。电 极结构201包括一对矩形平面电极203a和203b，其各自分别具有凹形架