[发明专利]紧凑型CO2片状激光器

说明书

技术领域

本发明一般涉及射频(RF)激励二氧化碳(CO₂)气体放电激光器。本发明尤其涉及用于这种激光器的商业封装布置。

背景技术

图1示意性地图上出用于高功率CO₂片状激光器系统10的现有技术的封装布置10。该布置包括封装在单独的外壳中的三个基本子系统。三个子系统是：外壳12中的固态高功率RF电源(RFPS)；外壳14中的RF阻抗匹配网络，包括使RFPS的输出阻抗与激光器放电的输入阻抗匹配所需的部件；以及气密CO₂激光器管壳体16，其收容激光气体混合物中的激光放电电极以及光学谐振器。在图1中未示出第四子系统，其包括用于修正输出激光器光束的光学组件。该第四子系统包括：空间滤波组件，其用于清除激光光束，以及用于对激光光束整形的透镜；光学检测器，如果激光光束射出，光学检测器通知用户；以及电子控制安全遮板，其保护用户免受意外激光辐射性暴露的伤害。

为了防止杂散RF辐射线引起电磁(EM)干扰，全部三个子组件外壳通常是接地金属外壳，并且外壳的输入端口和输出端口全部经过严格屏蔽。为了防止高功率激光器工作过热，例如，在高于250W的激光器输出功率下工作，全部三个外壳和光学子系统都设有液体冷却，如图1中示意性指示的。

DC电源输入18，通常为48伏特，设置到RFPS12。还提供输入命令信号端口20，以使系统操作员能够将接通和关断脉冲指令提供给RFPS，并且还将打开和关闭命令提供给安全遮板(未显示)。RFPS12还可以包括诊断电路系统，其经由线路22将激光器系统10的状况报告给操作员。

从激光器系统的效率、尺寸和成本方面考虑，期望将外壳12、14和16以及上述的光学子组件定位成尽可能靠近。除了降低与提供相互连接的同轴电缆相关联的成本之外，这起到了减少RF损失和光学损失的作用。当然，这不会减少构建、冷却和互连单独的外壳的基本成本和工作。

外壳12、14和16的内部布置以及它们之间的互连的一些细节示意性地描绘于图2中。在RFPS外壳12中，为简化图示说明，仅描绘了用于经由多个同轴电缆段24将多个放电器级的输出相组合的布置。这种功力组合布置描述于转让给本发明的受让人的美国专利No.7,755,452中，该专利的全部内容通过引用合并于本文中。

RFPS的组合的单输出通过屏蔽良好的RF互连盒26以使来自RFPS 得组合功力到达阻抗匹配网络28，此处阻抗匹配网络28包括电感L₁和L₂，以及电容器C₁和C₂。电感L₁,L₂以及电容器C1在共同节点29处连接在一起。阻抗匹配网络28的输出连接到由虚线轮廓线30指示的外壳16中的气密的、低阻抗通孔，以匹配激光器的放电电极34和36的阻抗Z_L。

诸如系统10的激光器系统通常集成到用于实施诸如激光加工或激光热处理的一些激光处理的更大型装置中。由于此，对于减小这种激光器系统的尺寸和复杂度以使激光器系统更易于集成到激光器处理系统中且使处理系统本身更紧凑的需求总是存在。

发明概述

本发明涉及CO2RF气体放电激光器装置。在一个方面，依照本发明的装置包括由细长金属挤出件细长的激光器壳体，实施挤出件构造为容许冷却剂液体通过其中来冷却壳体。第一和第二细长放电电极位于激光器壳体中。电极彼此间隔开且平行，在它们之间限定了放电间隙。第一电极充当带电电极，而第二电极充当接地电极。放电电极构造为容许冷却剂液体通过其中以便冷却电极。提供第一和第二谐振器反射镜，谐振器反射镜限定了延伸贯通放电电极之间的放电间隙的激光器谐振器。具有工作频率的射频电源(RFPS)和阻抗匹配网络位于激光器壳体中，用于将RF电力供给到电极，在放电间隙中产生RF放电，使得在激光器谐振器中产生激光光束并且从激光器谐振器中输送激光光束。RFPS组装到细长的金属安装板上，金属安装板构造为容许冷却剂液体通过其中以便冷却组装到其上的RFPS。

在组装的优选实施方案中，存在将通过金属挤出件、电极和RFPS的金属安装板的冷却剂流体通道组合成具有单个冷却流体入口和单个冷却剂流体出口的冷却剂回路的布置。冷却剂回路布置成使得输送给冷却剂入口的冷却剂流体在经由冷却剂出口离开冷却剂回路之前顺序地流经金属壳体挤出件、经过电极以及经过RFPS的金属安装板。

附图说明