專利名稱：具有分布電感的激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
說明書涉及激光器，并且更特別是涉及具有分布電感的激光器。
背景技術(shù)：
機(jī)器積分器(Machine integrators)和原設(shè)備制造廠已經(jīng)延伸到由低到中等功率 的、密封的CO2氣體激光器驅(qū)動的應(yīng)用范圍和種類?？梢栽诩す饧庸ゎI(lǐng)域中使用高功率的 氣體激光器來用于金屬或者非金屬的標(biāo)記、劃線和鉆孔，并且用于材料(例如，金屬)的切 割和焊接。對于任何工業(yè)激光器的設(shè)計的選擇是以最大功率水平、可靠性和投資與操作成本 為基礎(chǔ)的。對于二氧化碳激光器，最大功率和效率是兩個重要因素，并且由氣體激光器從激 光增益介質(zhì)中排出不希望有的余熱的能力來確定。可以通過擴(kuò)散到冷卻了的壁上或者通過 使加熱過的激光氣體從放電區(qū)流出來進(jìn)行排熱。

發(fā)明內(nèi)容
在一個一般方面，射頻激勵的激光器組件包括一對對置的電極和至少一個感應(yīng) 器。該對對置的電極限定出了中間電極間隙，所述中間電極間隙為激光器在氣體介質(zhì)內(nèi)部 的傳播提供了放電體積。該對對置的電極在中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一個 或多個無放電區(qū)。至少一個感應(yīng)器被電連接到兩個電極上，并且至少一個感應(yīng)器的至少一 部分在電極之間在中間電極間隙內(nèi)部并且在無激光區(qū)內(nèi)部的一個或多個無放電區(qū)的內(nèi)部 延伸。實施例可以包括一個或多個以下特征。例如，無激光區(qū)可以是激光不會在其中傳 播的區(qū)域。無放電區(qū)可以是在中間電極間隙中氣體介質(zhì)未被激勵的區(qū)域。電極可以是環(huán)形的和同軸的，從而一個電極為內(nèi)部電極并且另一個電極為外部電 極，并且中間電極間隙是限定在所述內(nèi)部電極和外部電極之間的環(huán)形間隙。內(nèi)部電極可以 是中空的。電極在無放電區(qū)處的鄰近表面可以通過一足夠大的距離分開，以防止在無放電區(qū) 內(nèi)部的外部電極和內(nèi)部電極之間的等離子體放電。所述電極可以通過一足夠大的距離分 開，以在所述放電體積內(nèi)部提供激光束的自由空間傳播。所述電極可以通過一距離來分開， 所述距離在放電體積內(nèi)部提供了激光束的波導(dǎo)傳播。激光器組件可以以大約27兆赫的頻率工作，并且至少一個感應(yīng)器可以限定出大 約0.5米的感應(yīng)器間隔。激光器組件可以包括電連接到兩個電極上以在中間電極間隙的放電體積內(nèi)部產(chǎn) 生放電的射頻激勵源，并且至少一個感應(yīng)器限定出了小于大約為射頻激勵源工作波長的 1/10的感應(yīng)器間隔。放電體積可以容納二氧化碳。在無放電區(qū)內(nèi)部的電極 之間的間隙可以比在放電體積內(nèi)部的電極之間的間隙大，以便防止在無放電區(qū)中發(fā)生放電。激光器組件可以包括電連接到兩個電極上的激勵源，以在中間電極間隙的放電體 積內(nèi)產(chǎn)生放電。激光器組件可以包括安裝在中間電極間隙的端部處的共振器反射鏡，以限定出用 于在放電體積內(nèi)部引導(dǎo)激光的共振器。共振器可以是非穩(wěn)定共振器。該對電極中的每個電極可以是平面的。在另一個一般方面，射頻激勵的激光器組件包括圓筒形的內(nèi)部電極、圓筒形的外 部電極和至少一個感應(yīng)器，所述圓筒形的外部電極與圓筒形的內(nèi)部電極是同軸的，以在內(nèi) 部電極和外部電極之間限定出環(huán)形的中間電極間隙，該中間電極間隙限定出放電體積。至 少一個感應(yīng)器被電連接到內(nèi)部電極和外部電極兩者上并且在內(nèi)部電極和外部電極之間延 伸，從而至少一個感應(yīng)器的至少一部分延伸通過該中間電極間隙。實施例可以包括一個或多個以下特征。例如，內(nèi)部電極可以是中空的。至少一個 感應(yīng)器可以在內(nèi)部電極和外部電極之間在中間電極間隙的無放電區(qū)內(nèi)部延伸。在無放電區(qū)內(nèi)部的中間電極間隙可以比在放電體積內(nèi)部的中間電極間隙大，從而 防止在無放電區(qū)中發(fā)生放電。所述電極可以通過一足夠大的距離分開，以在所述放電體積內(nèi)部提供激光的自由 空間傳播。所述電極可以通過一距離來分開，所述距離在放電體積內(nèi)部提供了激光的波導(dǎo)傳播。激光器組件可以以大約27兆赫的頻率工作，并且至少一個感應(yīng)器可以限定出大 約0.5米的感應(yīng)器間隔。激光器組件可以按由射頻激勵源所確定的波長來工作。射頻激勵源可以被電連接 到兩個電極上，以在中間電極間隙的放電體積內(nèi)發(fā)生放電。至少一個感應(yīng)器限定出了小于 大約為射頻激勵源工作波長的1/10的感應(yīng)器間隔。放電體積可以容納二氧化碳。激光器組件可以包括電連接到兩個電極上的激勵源，以在中間電極間隙的放電體 積內(nèi)產(chǎn)生激光放電。激光器組件可以包括安裝在中間電極間隙的端部處的共振器反射鏡，以限定出用 于在放電體積內(nèi)部引導(dǎo)激光的共振器。共振器可以是非穩(wěn)定共振器。至少一個感應(yīng)器可以是未絕緣的，或者至少一個感應(yīng)器在中間電極間隙內(nèi)部的至 少那部分可以是未絕緣的。在另一個一般方面，產(chǎn)生激光放電的方法包括提供一對電極，該對電極限定出了 為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳播提供放電體積的中間電極間隙。該對對置的電極在中間電極 間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一個或多個無放電區(qū)。另外，提供至少一個感應(yīng)器，其電連 接到兩個電極上并且在電極之間在中間電極間隙內(nèi)部以及在無激光區(qū)內(nèi)部的一個或多個 無放電區(qū)的內(nèi)部延伸。在所述放電體積內(nèi)部產(chǎn)生激光放電，從而至少一個感應(yīng)器未接觸該 放電。在又一個一般方面，產(chǎn)生 激光放電的方法包括提供一對圓筒形的同軸電極，所述 電極限定出了為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳播提供放電體積的環(huán)形的中間電極間隙，提供至 少一個感應(yīng)器，該感應(yīng)器電連接到兩個電極上并且在電極之間在所述中間電極間隙內(nèi)部延伸，并且在所述放電體積內(nèi)部產(chǎn)生激光放電。
實施例可以包括一個或多個以下特征。例如，至少一個感應(yīng)器可以是未絕緣的。在另一個一般方面，射頻激勵的激光器組件包括一對對置的電極和電極饋通裝置 (feedthroughs)，該對電極限定出了為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳播提供放電體積的中間電 極間隙。該對對置的電極在中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了 一個或多個無放電 區(qū)。電極饋通裝置各從一個電極延伸到另一個電極上并且通過所述中間電極間隙。每個電 極饋通裝置被配置成適合于在第一模式下運行并且被配置成適合于在第二模式下運行，在 所述第一模式中，感應(yīng)器通過電極饋通裝置電連接到兩個電極上以在電極之間在中間電極 間隙內(nèi)部延伸，在所述第二模式中，射頻功率源通過電極饋通裝置電連接到兩個電極上。實施例可以包括一個或多個以下特征。例如，第一電極饋通裝置可以按第一模式 來工作，并且第二電極饋通裝置可以按第二模式來工作。在另一個一般方面，射頻激勵的激光器包括一對對置的電極、激勵源、共振器反射 鏡和至少一個電連接到所述兩個電極上的感應(yīng)器，該對電極限定出了為激光在氣體介質(zhì)內(nèi) 部的傳播提供放電體積的中間電極間隙，所述激勵源電連接到兩個電極上以在所述中間電 極間隙的放電體積內(nèi)部發(fā)生激光放電，所述共振器反射鏡安裝在中間電極間隙的端部處以 限定出用于在放電體積內(nèi)部引導(dǎo)激光的共振器。該對對置的電極在所述中間電極間隙中的 無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一個或多個無放電區(qū)，和至少一個在電極之間在所述中間電極間隙 內(nèi)部并且在無激光區(qū)內(nèi)部的一個或多個無放電區(qū)內(nèi)部延伸的感應(yīng)器。無放電區(qū)是在中間電極間隙內(nèi)部氣體介質(zhì)未被激勵的區(qū)域。所述無激光區(qū)是其中 未傳播激光束的區(qū)域。激光在由所述中間電極間隙所限定出的放電體積內(nèi)部傳播。射頻激勵的激光器設(shè)計有沿電極的長度分布的一個或多個感應(yīng)器，感應(yīng)器的數(shù)量 取決于來自射頻源的射頻信號輸出的波長。感應(yīng)器有效地縮短了傳輸線的有效長度并且沿 電極減小了電場中的縱向變化。因此，射頻激勵的激光器以沿電極長度的更均勻地分布的 電壓分布來工作，以能夠增加電極的長度或者尺寸并且增加輸出功率。因為感應(yīng)器和感應(yīng)器布置延伸通過所述中間電極間隙，所以感應(yīng)器還可以在電極 之間并且沿電極的長度提供機(jī)械加強，以減小中間電極間隙內(nèi)部的下垂或者翹曲。除非另外限定，本文中所使用的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員的通常理解具有相同的意思。雖然在本發(fā)明的實踐或者試驗中可以使用與本文中所 描述的相似或等同的方法和材料，但是下面描述了合適的方法和材料。此處以參考的方式 加入所提到的全部文獻(xiàn)、專利申請、專利及其他參考書目的全部內(nèi)容。在矛盾的情況中，將 參照本說明書，包括定義。另外，所述材料、方法和實例僅是例證性的并非用來限制。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點從以下的詳細(xì)說明和權(quán)利要求將顯而易見。


圖IA是沿縱向方向截取的射頻激勵的激光器的截面透視圖；圖IB是沿縱向方向截取的圖IA的射頻激勵的激光器的截面視圖；圖2是圖IA的射頻激勵的激光器的略圖；圖3A是從圖IA的剖面300截取的截面放大圖；圖3B是從圖IB的剖面301截取的截面放大圖4是沿圖IA的4-4截取的截面的軸向視圖；圖5是沿圖4的剖面500截取的截面的軸向視圖； 圖6是圖IA的射頻激勵的激光器的一個實施例的一部分的側(cè)面橫截面視圖的略 圖；圖7是可用于圖IA的激光器中的感應(yīng)器布置的橫截面透視圖；圖8A和8B是沿圖IB的剖面8_8截取的兩個不同實施例的橫截面的軸向視圖；圖9A和9B是可用于圖IA和IB的激光器中的內(nèi)部電極的兩個不同實施例的軸向 透視圖；圖10是可用于圖IA和IB的激光器中的外部電極的透視圖；圖11是沿圖IA和IB的激光器和其他激光器的電極的電場分布與長度之比的曲 線圖；圖12A和12B是顯示沿激光器的電極的亮度關(guān)系的曲線圖；圖13是可用于圖IA和IB的激光器中的外部電極的另一個實施例的透視圖；圖14是圖IA和IB的激光器的另一個實施例的示意性的縱向橫截面視圖；以及圖15是圖IA和IB的激光器的平面實施例的橫截面視圖。在不同附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
具體實施例方式參見圖1A、1B和2，射頻(RF)激勵的激光器100包括一對限定出中間電極間隙115 的對置的電極105、110，該中間電極間隙115提供了用于激勵氣體介質(zhì)的放電體積，以電充 能(electrically pump)激光器。如圖1_2所示，激光器100具有環(huán)形的幾何形狀。在環(huán) 形的幾何形狀中，電極105是外部圓筒形電極105，并且電極110是內(nèi)部圓筒形電極110，該 內(nèi)部圓筒形電極110沿所述外部電極105的內(nèi)部開口同軸地延伸以限定出所述環(huán)形的中間 電極間隙115?？梢酝ㄟ^使用水冷系統(tǒng)冷卻電極105、110中的一個或多個(例如，外部電極105) 來擴(kuò)散地冷卻激光器100。激光器100可以利用給內(nèi)部電極110和外部電極105提供功率 的射頻(RF)激勵源120來工作。激光器100的光學(xué)共振器是由前反射鏡125與后反射鏡 130和兩個電極105、110形成的。因此，在電極之間的放電體積(或者射頻場)中發(fā)生激光 氣體的激勵。共振器的設(shè)計產(chǎn)生了方位偏振波束。在一個具體的實施例中，激光器100是二氧化碳(CO2)氣體激光器，其是以包含二 氧化碳(CO2)、氦(He)、氮(N2)和可能的一些氫(H2)、水蒸氣和/或氙(Xe)的增益介質(zhì)為基 礎(chǔ)的激光器。利用射頻源120來工作的CO2氣體激光器100可以發(fā)射從大約9到11 μ m之 間并且特別是大約10. 59 μ m的波長。沿縱軸線135延伸的電極105、110可以具有大約1. 3 米的縱向長度并且直徑的數(shù)量級為幾百毫米，并且可以在(例如)大約70-90毫巴的壓力 下限定出大約6毫米的中間電極間隙。間隙115的尺寸與該源的頻率和間隙115內(nèi)的壓力 有關(guān)；因此，如果需要特定大小的間隙115，從而于是可以調(diào)節(jié)該源頻率和該間隙115內(nèi)的 壓力。例如，如果間隙的尺寸減小了，則增加頻率和間隙壓力。激光器100包括一個或多個帶有感應(yīng)器145的感應(yīng)器布置140，所述感應(yīng)器145被 橫跨電極105、110的連接系統(tǒng)(如下描述和顯示的)電連接。如以下所描述的，連接系統(tǒng)和感應(yīng)器145從中間電極間隙115延伸到外部電極105的外面(在大氣壓下)，該中間電極間隙關(guān)于大氣密封并且處于真空下。感應(yīng)器145是產(chǎn)生感應(yīng)損耗的任何設(shè)備，但是其具有 低電容性和電阻性損失。此外，參見圖3A-7，感應(yīng)器145包括導(dǎo)電棒或者饋通裝置315，其接觸在真空內(nèi)的 內(nèi)部電極Iio的外表面并且延伸通過外部電極105的密封的真空開口 310。感應(yīng)器145還 包括引線360，利用(例如)螺釘362可拆卸地將引線360連接到饋通裝置315上。感應(yīng)器 145由引線360電連接到外部電極105上，這形成了與外部電極105的外表面的合適的電接 觸。例如，引線360可以利用螺釘365被附接到外部電極105的外表面上，所述螺釘365被 擰入到形成在外部電極105的外表面中的開口 367中。通過除去螺釘362和365，可以調(diào)整 引線360相對于外部電極105的外表面的位置，并且因此可以將從饋通裝置315到外部電 極105的當(dāng)前長度調(diào)整為調(diào)整由感應(yīng)器145產(chǎn)生電感的值。因此，可以在不必打開真空密 封或者除去饋通裝置315的情況下輕易地調(diào)節(jié)感應(yīng)器145的電感。導(dǎo)電棒315在一端處終止于撓性的導(dǎo)電接頭320，該導(dǎo)電接頭320接觸內(nèi)部電極 110的外表面325。中心的導(dǎo)電棒315可以由適合于在真空內(nèi)工作并且能經(jīng)得起間隙115內(nèi) 的強電流和高溫的材料制成的。此外，導(dǎo)電棒315是非磁性的，例如，棒315可以由銅、鋁或 者黃銅制成。類似地，導(dǎo)電接頭320可以是鈹銅合金的彈簧夾。導(dǎo)電棒315在間隙115內(nèi) 未被絕緣；也就是說，其沒被一外部絕緣體覆蓋物覆蓋。連接系統(tǒng)305將感應(yīng)器145連接到兩個電極105、110上并且提供了模塊化系統(tǒng)以 便在開口 310處能有三種不同的工作模式。在一種模式中，將饋通裝置315插入通過開口 310并且附接連接系統(tǒng)305和引線360以提供感應(yīng)器布置140。在另一種模式中，在螺釘 362處從連接系統(tǒng)305上拆下引線360，并且連接系統(tǒng)305提供了用于利用饋通裝置315來 作為功率源位置的裝置。在又一種模式中，除去引線360和饋通裝置315，并且在連接系統(tǒng) 305處附接罩蓋(具有窗口)。開口 310被連接系統(tǒng)305和外部電極105之間的密封系統(tǒng)真空密封。連接系統(tǒng) 305包括密封適配器330，所述密封適配器330通過(例如)釬焊或者焊接被附接到外部電 極105的外表面上。在全部三種工作模式期間，密封適配器330保持附接到外部電極105的 外表面上，因此起到了用于各種設(shè)備的適配器的作用，該各種設(shè)備可以在不同模式中連接 到其上。密封適配器330是由可以被焊接或者釬焊到外部電極105上的任何材料制成的， 例如，如鋁的金屬。連接系統(tǒng)305還包括蓋子340，所述蓋子340被真空密封到密封適配器 330上，該密封適配器330具有中間墊圈335和由0形環(huán)345、350提供的0形環(huán)密封件。蓋 子340可以由如塑料和陶瓷的任何不導(dǎo)電的或者介電的材料制成。墊圈335可以由任何不 導(dǎo)電的材料制成，該不導(dǎo)電的材料可以在真空內(nèi)工作，例如，陶瓷。當(dāng)按除去饋通裝置315和引線360并且將罩蓋放置在密封適配器330上的模式中 工作時，可以除去墊圈335和蓋子340兩者。此外，當(dāng)在除去了引線360但是饋通裝置315 為功率源提供了饋通裝置的模式中工作時，墊圈和蓋子340保持附接。特別是參見圖8A和8B，導(dǎo)電棒315可以在中間電極間隙115的無放電區(qū)800的內(nèi) 部延伸，其中，無放電區(qū)800在中間電極間隙115的無激光區(qū)內(nèi)。無放電區(qū)800是中間電極 間隙115內(nèi)的區(qū)域，其中氣體介質(zhì)未被激勵。中間電極間隙115的無激光區(qū)可以(例如)由兩個穩(wěn)定器(例如，在美國專利No. 6，285，703中顯示并使用的穩(wěn)定器5，在此以引用的方式加入其全部內(nèi)容)來形成。所 述穩(wěn)定器按方位角彼此相反地設(shè)置在內(nèi)部和外部電極之間。穩(wěn)定器是由如陶瓷材料的絕緣 材料構(gòu)成的，并且它們可以用來在反射鏡中的一個的側(cè)面處相對于外部電極105來保持內(nèi) 部電極110。一個穩(wěn)定器可以定位成緊鄰出射窗。此外，因為無放電區(qū)800在無激光區(qū)內(nèi)，所以激光不會在無放電區(qū)800內(nèi)傳播，并 且激光不會被存在的無放電區(qū)800中斷(因為，激光不會在無放電區(qū)800內(nèi)傳播)。導(dǎo)電棒315被放置在無放電區(qū)800內(nèi)，以防止導(dǎo)電棒315發(fā)熱并且防止在共振器 內(nèi)產(chǎn)生電弧。此外，在無激光區(qū)內(nèi)設(shè)置無放電區(qū)800，以使導(dǎo)電棒315能夠延伸通過共振器 而不干擾激光傳播。無放電區(qū)800是通過改變中間電極間隙115的尺寸來形成的。在圖8A和8B和10 中所示的一個實施例中，在無放電區(qū)800中和/或其附近的外部電極105的內(nèi)表面925和 內(nèi)部電極110的外表面325之間的距離805是足夠大的，以防止或者抑制無放電區(qū)800內(nèi) 部的外部電極105和內(nèi)部電極110之間的等離子體放電(因此，等離子體不會在無放電區(qū) 800內(nèi)部點燃)。另一方面，在無放電區(qū)800外部的電極105、110的鄰近表面之間的距離 810足夠小，以促進(jìn)在激光器100的放電體積802 (無放電區(qū)800外部的體積)內(nèi)部的外部 電極105和內(nèi)部電極110之間的等離子體放電。換句話說，無放電區(qū)800內(nèi)部的電極105、 110之間的間隙115比放電體積(在無放電區(qū)800的外面)內(nèi)部的電極105、110之間的間 隙115更大，以便防止在無放電區(qū)800中出現(xiàn)放電。從無放電區(qū)800中消除放電對于激光 器100的工作來說是不必要的；而是，在激光器100的設(shè)計中通過避免過熱和形成電弧來改 進(jìn)感應(yīng)器145的性能，所述過熱和形成電弧是由感應(yīng)器145與放電的交互作用所引起的。此外，電極105、110的鄰近表面之間的距離810可以足夠大，以提供激光在放電體 積內(nèi)的自由空間傳播(以便電極105、110不會起波導(dǎo)的作用)。通過將間隙115制造得足 夠?qū)捯阅軌蜃杂煽臻g傳播，可以在27兆赫的頻率下激勵放電，這不需要任何有損耗的傳輸 線的專門管理或者將另外的射頻供給大約1米長的電極105、110。無論如何，在放電體積內(nèi) 而不是無放電區(qū)800內(nèi)促進(jìn)了激光的傳播。反射鏡125、130被安裝在中間電極間隙115的端部處，以限定出用于在放電體 積內(nèi)部引導(dǎo)激光的共振器?？梢园催@樣的方式來制造和加工反射鏡125、130，即可以被 認(rèn)為是平面的非共焦的混合穩(wěn)定-非穩(wěn)定的共振器的環(huán)形等價物。例如，在美國專利 No. 6，285，703中可以得到反射鏡125,130和電極105,110的詳細(xì)設(shè)計。例如，第一反射鏡 可以具有大致環(huán)形的凹形反射面，并且第二反射鏡可以具有大致圓錐形的反射面，以用于 使激光輻射偏轉(zhuǎn)到第一反射鏡的反射面的方位角相反的區(qū)域中，并且反射鏡中的一個可以 在其反射面的方位角區(qū)域內(nèi)具有光束出射窗，反射鏡的反射面中的一個可以包括用于影響 方位角傾斜度的方位角偏轉(zhuǎn)影響裝置，以當(dāng)激光輻射在反射鏡125、130之間來回反射直到 其到達(dá)出射窗時逐漸地轉(zhuǎn)移所述激光輻射。此外，參見圖9A和9B，內(nèi)部電極110的外表面325可以形成有局部的凹陷905 (如 圖8A和9A所示)，或者內(nèi)部電極110的外表面325可以形成有凹槽或狹縫910 (如圖8B和 9B所示)。凹陷905和狹縫910可以形成在內(nèi)部電極110的外表面325內(nèi)，以增加無放電區(qū) 800中和/或其附近的外部電極105的內(nèi)表面925和內(nèi)部電極110的外表面325 (也就是， 電極105、110的鄰近表面)之間的距離805，以防止或者抑制無放電區(qū)800內(nèi)的外部電極105和內(nèi)部電極110之間的等離子體放電。凹陷905和狹縫910可以具有任何合適的形狀 和尺寸。例如，凹陷905可以是多邊形(例如，正方形或者矩形)或者圓形或者橢圓形。凹 陷905和狹縫910通?？梢跃哂写蠹s10-20毫米的寬度(或者與間隙115的尺寸成比例)， 并且例如可以以180°周向地間隔開。凹陷905和狹縫910的尺寸決定了無放電區(qū)800的 尺寸；因此，如果凹陷905和狹縫910的尺寸比無激光區(qū)的尺寸大則是有益的。
激光器100包括沿電極105、110的長度的足夠多的感應(yīng)器布置140，以減小或者 最小化沿電極105、110的長度的電壓分布中的縱向變化，因為電壓分布中的變化能引起間 隙115內(nèi)的氣體溫度、激光器100的電子能量、放電亮度和增益的變化。此外，電壓分布變 化的減小能使激光器100以更高的電光效率來工作并且按比例地為更大電極提供功率。對 于在大約27兆赫的頻率下工作的射頻激勵的激光器，激光器100可以每隔0. 5米包括大約 一個感應(yīng)器145。作為另一個實例，對于在大約80-100兆赫的頻率下工作的射頻激勵的激 光器，激光器可以沿縱向長度每隔5-10厘米包括大約一個感應(yīng)器145。因此，通常，感應(yīng)器 之間的間距可以小于射頻激勵源工作波長的大約1/10。例如，參見圖11，在激光器100的縱向長度L上顯示出了沒有感應(yīng)器布置140并具 有終端饋給的射頻激勵的激光器的電場分布狀態(tài)E (線1100)、沒有感應(yīng)器布置140并且沒 有終端饋給的射頻激勵的激光器的電場分布狀態(tài)E (線1105)和具有感應(yīng)器布置140的射 頻激勵的激光器100的電場分布狀態(tài)E(線1110)。激光器100的電場分布狀態(tài)在激光器的 端部相對于中間未顯示出顯著的變化。在圖12A和12B中也圖解了該現(xiàn)象，其中圖12A顯示 了在沿沒有感應(yīng)器布置140的射頻激勵的激光器的放電體積的不同長度1205、1210、1215、 1220,1225處放電的亮度分布1200，并且圖12B顯示了具有感應(yīng)器布置140的射頻激勵的 激光器100的放電體積的不同長度1255、1260、1265、1270、1275處的放電的亮度分布1250。內(nèi)部電極110可以具有如圖4和5中所示的中空的圓筒形形狀。作為替代，內(nèi)部 電極110可以具有如圖8A和8B所示的實心的圓柱形形狀，或者具有如圖9A和9B所示的 大致實心的圓柱形形狀(其中，沿側(cè)平面可以形成如凹槽的其他構(gòu)造)。另外，參見圖4和 5的設(shè)計，在具有中空的中心的同時，內(nèi)部電極110可以仍然在外表面和中空的中心之間具 有如開口的構(gòu)造。如圖10所示，外部電極105設(shè)計成有兩個同心圓筒體，該兩個同心圓筒體被焊接 在一起以形成環(huán)形間隙，在該環(huán)形間隙中，沿從電極105的一端到另一端的螺旋路徑來纏 繞冷卻水管，以為冷卻電極105的冷卻水提供路徑。如圖13所示，在另一個實施例中，外部 電極105可以設(shè)計成具有冷卻水管1300的單個圓筒，所述冷卻水管1300沿電極105的外 表面1305沿螺旋路徑纏繞。其他實施例已經(jīng)描述了很多實施例。然而，很清楚，可以進(jìn)行各種改進(jìn)。因此，其他實施例在 權(quán)利要求的范圍內(nèi)。射頻激勵的激光器100可以是氣體激光器，該氣體激光器使用能對例如Xe、CO、 CO2, Rb或者Cs的射頻源起反應(yīng)的任何增益介質(zhì)。例如，在其他實施例中，可以將光束整形望遠(yuǎn)鏡(telescope)集成到激光出射口 上，以產(chǎn)生高質(zhì)量的圓形的對稱光束。激光共振器可以是不穩(wěn)定的共振器。
參見圖14，在另一個實施例中，在需要或者使用許多饋給而不是單個饋給的情況中(例如，圖2中所示)，感應(yīng)器布置140中的一個或多個可被用作射頻饋通裝置的端口。 這樣的設(shè)計可與固態(tài)(也就是說，基于晶體管的)射頻發(fā)生器/模塊結(jié)合使用，每個模塊 1400饋給一感應(yīng)器布置140。 在其他實施例中，感應(yīng)器145可以完全在真空內(nèi)，以便它們不會延伸通過真空密 封。為了按該方式來安置感應(yīng)器145，將感應(yīng)器145連接到外部電極105的內(nèi)表面上。在該 實施例中，連接系統(tǒng)還可以被配置成接觸外部電極105的內(nèi)表面，并且可以在外部電極105 的內(nèi)表面和連接系統(tǒng)之間設(shè)置密封件。在其他實施例中，電極105、110的鄰近表面之間的距離810可以足夠小，以在放電 體積內(nèi)部提供激光器的波導(dǎo)傳播(從而電極105、110起波導(dǎo)的作用)。此外，參見圖15，在另一個實施例中，具有平面結(jié)構(gòu)的射頻激勵的激光器1500包 括如以上所述的感應(yīng)器布置140的感應(yīng)器布置1505。在該情況中，激光器1500具有平面電 極1510、1515，該平面電極1510,1515限定出平面的中間電極間隙1520。作為另一個實例，引線360可以靠著外部電極105的外表面被接合地偏置。作為 另一個實例，引線360可以被焊接到外部電極105的外表面上。
權(quán)利要求
一種射頻激勵的激光器組件，包括一對限定出中間電極間隙的對置的電極，該中間電極間隙為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳播提供放電體積，其中，該對對置的電極在該中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一個或多個無放電區(qū)；以及至少一個感應(yīng)器，其電連接到兩個電極上，并且在該電極之間在該中間電極間隙內(nèi)并在該無激光區(qū)內(nèi)的一個或多個無放電區(qū)的內(nèi)部延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，該無激光區(qū)是激光不會在其中傳播的區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，該無放電區(qū)是該中間電極間隙內(nèi)部氣體介 質(zhì)沒有被激勵的區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中該電極是環(huán)形的和同軸的，從而一個電極為 內(nèi)部電極并且另一個電極為外部電極，并且該中間電極間隙是在該內(nèi)部和外部電極之間所 限定出的環(huán)形間隙。
5.如權(quán)利要求4所述的激光器組件，其中，該內(nèi)部電極是中空的。
6.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，該電極在無放電區(qū)處的鄰近面被足夠大的 距離分開，以防止該無放電區(qū)內(nèi)部的外部電極和內(nèi)部電極之間的等離子體放電。
7.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，該電極被足夠大的距離分開，以在該放電體 積內(nèi)提供激光束的自由空間傳播。
8.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，該電極被一距離分開，該距離在該放電體積 內(nèi)提供激光束的波導(dǎo)傳播。
9.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，該激光器組件以大約27兆赫的頻率工作，其中，至 少一個感應(yīng)器限定出了大約0. 5米的感應(yīng)器間隔。
10.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，還包括射頻激勵源，該射頻激勵源電連接到兩個 電極上以在該中間電極間隙的放電體積內(nèi)產(chǎn)生放電，其中，該至少一個感應(yīng)器限定出了小 于該射頻激勵源工作波長的大約1/10的感應(yīng)器間隔。
11.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中該放電體積容納有二氧化碳。
12.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，在該無放電區(qū)內(nèi)的該電極之間的間隙比在 該放電體積內(nèi)的該電極之間的間隙大，以便防止在該無放電區(qū)中發(fā)生放電。
13.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，還包括激勵源，該激勵源電連接到兩個電極上以 在該中間電極間隙的放電體積內(nèi)產(chǎn)生放電。
14.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，還包括共振器反射鏡，該共振器反射鏡安裝在該 中間電極間隙的端部處以限定出用于在該放電體積內(nèi)引導(dǎo)激光的共振器。
15.如權(quán)利要求13所述的激光器組件，其中，該共振器是不穩(wěn)定共振器。
16.如權(quán)利要求1所述的激光器組件，其中，該對電極的每個電極是平面的。
17.一種射頻激勵的激光器組件，包括圓筒形的內(nèi)部電極；圓筒形的外部電極，其與該圓筒形內(nèi)部電極是同軸的以在該內(nèi)部和外部電極之間限定 出環(huán)形的中間電極間隙，該環(huán)形的中間電極間隙限定出放電體積；以及至少一個感應(yīng)器，其電連接到該內(nèi)部電極和外部電極兩者上并且在該內(nèi)部電極和該外 部電極之間延伸，從而該至少一個感應(yīng)器延伸通過該中間電極間隙。
18.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該內(nèi)部電極是中空的。
19.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該至少一個感應(yīng)器在該中間電極間隙的 無放電區(qū)內(nèi)部的該內(nèi)部電極和該外部電極之間延伸。
20.如權(quán)利要求19所述的激光器組件，其中，在該無放電區(qū)內(nèi)的該中間電極間隙比在 該放電體積內(nèi)的該中間電極間隙大，以便防止在該無放電區(qū)中發(fā)生放電。
21.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該電極被足夠大的距離分開，以在該放電 體積內(nèi)提供激光的自由空間傳播。
22.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該電極被一距離分開，該距離在該放電體 積內(nèi)提供激光的波導(dǎo)傳播。
23.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，該激光器組件以大約27兆赫的頻率工作，其中， 至少一個感應(yīng)器限定出了大約0. 5米的感應(yīng)器間隔。
24.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，還包括射頻激勵源，該射頻激勵源電連接到兩 個電極上以在該中間電極間隙的放電體積內(nèi)產(chǎn)生放電，其中，該至少一個感應(yīng)器限定出了 小于該射頻激勵源工作波長的大約1/10的感應(yīng)器間隔。
25.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該放電體積容納有二氧化碳。
26.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，還包括激勵源，該激勵源電連接到兩個電極上 以在該中間電極間隙的放電體積內(nèi)產(chǎn)生激光放電。
27.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，還包括共振器反射鏡，該共振器反射鏡安裝在 該中間電極間隙的端部處以限定出用于在該放電體積內(nèi)引導(dǎo)激光的共振器。
28.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該共振器是不穩(wěn)定共振器。
29.如權(quán)利要求17所述的激光器組件，其中，該至少一個感應(yīng)器是未絕緣的。
30.一種產(chǎn)生激光放電的方法，該方法包括提供一對限定出中間電極間隙的對置的電極，該中間電極間隙為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部 的傳播提供放電體積，其中，該對對置的電極在該中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出 了一個或多個無放電區(qū)；提供至少一個感應(yīng)器，其電連接到兩個電極上，并且在該電極之間在該中間電極間隙 內(nèi)并在該無激光區(qū)內(nèi)的一個或多個無放電區(qū)的內(nèi)部延伸；以及在該放電體積內(nèi)產(chǎn)生激光放電，以使該至少一個感應(yīng)器不會接觸該放電。
31.一種產(chǎn)生激光放電的方法，該方法包括提供一對圓筒形的同軸電極，該對電極限定出了環(huán)形的中間電極間隙，該環(huán)形的中間 電極間隙為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)的傳播提供了放電體積；提供至少一個感應(yīng)器，其電連接到兩個電極上并且在該電極之間在該中間電極間隙內(nèi) 延伸；以及在該放電體積內(nèi)產(chǎn)生激光放電。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其中，該至少一個感應(yīng)器是未絕緣的。
33.一種射頻激勵的激光器組件，包括一對限定出中間電極間隙的對置的電極，該中間電極間隙為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳 播提供放電體積，其中，該對對置的電極在該中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一 個或多個無放電區(qū)；以及電極饋通裝置，每個電極饋通裝置從一個電極延伸到另一個電極并且通過該中間電極 間隙，其中，每個電極饋通裝置被配置成適合于在第一模式中和第二模式中工作，在該第一 模式中，感應(yīng)器通過該電極饋通裝置電連接到兩個電極上以在該電極之間在該中間電極間 隙內(nèi)延伸，在該第二模式中，射頻功率源通過該電極饋通裝置電連接到兩個電極上。
34.所述射頻激勵的激光器組件，其中該電極饋通裝置中的至少一個在第一模式中工 作并且該電極饋通裝置中的至少一個在第二模式中工作。
35.一種射頻激勵的激光器，包括一對限定出中間電極間隙的對置的電極，該中間電極間隙為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳 播提供放電體積，其中，該對對置的電極在該中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一 個或多個無放電區(qū)；激勵源，其電連接到兩個電極上以在該中間電極間隙的放電體積內(nèi)產(chǎn)生激光放電；共振器反射鏡，其安裝在該中間電極間隙的端部處以限定出用于在該放電體積內(nèi)引導(dǎo) 激光的共振器；以及至少一個感應(yīng)器，其電連接到兩個電極上并且在該電極之間在該中間電極間隙內(nèi)并在 該無激光區(qū)內(nèi)的一個或多個無放電區(qū)的內(nèi)部延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種射頻激勵的激光器組件，包括一對對置的電極和至少一個感應(yīng)器。該對對置的電極限定出了中間電極間隙，所述中間電極間隙為激光在氣體介質(zhì)內(nèi)部的傳播提供了放電體積；該對對置的電極在所述中間電極間隙中的無激光區(qū)內(nèi)部限定出了一個或多個無放電區(qū)。至少一個感應(yīng)器電連接到兩個電極上并且在所述電極之間在所述中間電極間隙內(nèi)部并在無激光區(qū)內(nèi)部的一個或多個無放電區(qū)之內(nèi)延伸。
文檔編號H01S3/223GK101849331SQ200880114131
公開日2010年9月29日 申請日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月2日
發(fā)明者F·J·維拉里爾紹塞多, J·戴勒, P·丹尼爾, S·蘇姆雷恩, V·格朗松 申請人:通快公司;通快激光與系統(tǒng)工程有限公司