激光器光學(xué)件保護(hù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]示例性且非限制性的實(shí)施方式總體上涉及激光器光學(xué)件，并且更具體地涉及保護(hù)激光器或其它高光功率源免受外部污染源引起的損壞。
【背景技術(shù)】
[0002]本節(jié)意圖提供下面公開的實(shí)施方式的背景或上下文。本文中的描述可包括可以實(shí)行的概念，但是不一定是先前已經(jīng)構(gòu)思、實(shí)現(xiàn)或描述的那些。因此，除非另外在本文中明確地指明，在本節(jié)中描述的內(nèi)容不是本申請(qǐng)中的描述的現(xiàn)有技術(shù)，并且不允許其由于包括在本節(jié)中而成為現(xiàn)有技術(shù)。
[0003]在最基本形式中，激光器具有最終光學(xué)表面，光學(xué)福射(光)可以通過該最終光學(xué)表面并在空間中超過激光器傳播。最終光學(xué)表面在來自激光器的功率被可粘附到最終光學(xué)表面的外部污染物所吸收時(shí)易受某些損壞。污染物的局部化加熱常常導(dǎo)致最終光學(xué)部件的涂層和基底材料的汽化。最終光學(xué)部件可以是窗口、激光輸出耦合反光鏡、棱鏡、透鏡等。最終光學(xué)部件可單獨(dú)地是昂貴的部件，但是更重要的是可能要求此部件保護(hù)激光器的內(nèi)部環(huán)境。當(dāng)在最終光學(xué)表面上出現(xiàn)損壞時(shí)，來自激光器的功率可以從激光器的外面開始鉆孔穿過最終光學(xué)表面。如果最終光學(xué)部件被完全擊穿，則整個(gè)激光器諧振腔可能損壞不能修復(fù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)第一方面，一種裝置，包括:殼體，包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，其中所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件的至少一個(gè)是犧牲部件，其中，在工作狀態(tài)下，所述殼體在殼體的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)部分中具有預(yù)定的一個(gè)或多個(gè)氣體壓力；以及一個(gè)或多個(gè)換能器，被構(gòu)造成當(dāng)殼體處于工作狀態(tài)時(shí)當(dāng)在殼體的一個(gè)或多個(gè)部分的至少一個(gè)中的氣體壓力參數(shù)被改變而超過閾值水平時(shí)自動(dòng)地生成激光器的關(guān)機(jī)命令，氣體壓力參數(shù)由所述一個(gè)或多個(gè)換能器中的至少一個(gè)壓力換能器檢測(cè)到且是由外部污染引起的。此外，殼體可附接到激光器或者可以是激光器的一部分。
[0005]根據(jù)第二方面，一種方法包括:提供具有殼體以及一個(gè)或多個(gè)換能器的裝置，該殼體包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件，其中，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件中的至少一個(gè)是犧牲部件；在殼體的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)部分中提供預(yù)定的一個(gè)或多個(gè)氣體壓力；以及使用所述一個(gè)或多個(gè)換能器中的至少一個(gè)壓力換能器來檢測(cè)當(dāng)由外部污染引起所述殼體的一個(gè)或多個(gè)部分的至少一個(gè)中的氣體壓力參數(shù)被改變而超過閾值水平時(shí)，生成激光器的關(guān)機(jī)命令。此外，該方法還可以包括更換所述被擊穿的至少一個(gè)犧牲光學(xué)部件。
【附圖說明】
[0006]為了更好地理解示例性實(shí)施方式的性質(zhì)和目的，對(duì)結(jié)合以下附圖進(jìn)行的以下詳細(xì)描述進(jìn)行參考，在所述附圖中:
[0007]圖1是根據(jù)第一示例性實(shí)施方式的激光保護(hù)器件的圖；
[0008]圖2是根據(jù)第二示例性實(shí)施方式的激光保護(hù)器件的圖；
[0009]圖3是根據(jù)第三示例性實(shí)施方式的激光保護(hù)器件的圖；
[0010]圖4是根據(jù)第四示例性實(shí)施方式的激光保護(hù)器件的圖；
[0011]圖5是根據(jù)其它示例性實(shí)施方式的具有合理波長(zhǎng)選擇能力的激光腔內(nèi)部的激光器光學(xué)件保護(hù)的圖；以及
[0012]圖6是舉例說明本文所述的示例性實(shí)施方式的實(shí)現(xiàn)的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以介紹的方式，美國(guó)專利號(hào)5，359，176和美國(guó)專利號(hào)5，898，522舉例說明了用于保護(hù)激光器光學(xué)件免受由于來自激光器外部的源的污染而引起的損壞的常規(guī)解決方案。兩個(gè)專利都要求使用流動(dòng)氣體來引導(dǎo)污染遠(yuǎn)離激光器光學(xué)件。然而，對(duì)流動(dòng)氣體的要求對(duì)于許多激光器應(yīng)用而言并不總是實(shí)用的，特別是對(duì)于小型激光器的情況而言。如在美國(guó)專利號(hào)4，439，862中公開的那樣，可通過用光學(xué)布儒斯特窗密封低壓激光器氣體的體積來避免流動(dòng)氣體的使用。在這里，將光學(xué)布儒斯特窗與激光器反射鏡之間的氣體空間密封以防止外部污染到達(dá)光學(xué)布儒斯特窗。當(dāng)激光器的輸出反射鏡由于外部污染而失靈時(shí)，輸出反射鏡的關(guān)聯(lián)光學(xué)布儒斯特窗也可能被碎肩損壞，該碎肩可由常常在光學(xué)窗或反射鏡的內(nèi)表面上形成的火花引入。然而，美國(guó)專利號(hào)4，439，862的公開并未提供用于關(guān)掉激光器的任何自動(dòng)補(bǔ)救措施，這可導(dǎo)致激光器的輸出反射鏡和/或關(guān)聯(lián)光學(xué)布儒斯特窗及其它內(nèi)部零件的最終毀壞。
[0014]使用本文所述的實(shí)施方式可解決以上問題。
[0015]提出了一種使用犧牲光學(xué)部件的概念和基于諸如擊穿該部件之類的對(duì)犧牲光學(xué)部件的相當(dāng)大損壞的壓力指示的自動(dòng)激光器關(guān)機(jī)來保護(hù)激光器或其它高光功率的源免受由于外部污染源而引起的損壞的裝置和方法。激光器可以是在光譜的可見部分(諸如離子Ar激光器)、近紅外(諸如Nd: YAG或半導(dǎo)體GaAs激光器)、遠(yuǎn)紅外(諸如CO2激光器)等部分中的任何高強(qiáng)度激光器。保護(hù)器件/裝置(參見圖1一4)可包括包含一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件的殼體，其中，所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)部件中的至少一個(gè)是犧牲部件，殼體可附接到激光器以保護(hù)激光器的至少一個(gè)輸出光學(xué)部件(諸如窗口、激光器輸出耦合反光鏡、透鏡等)，其中，在附接工作位置上，殼體在殼體的相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)部分中具有預(yù)定的一個(gè)或多個(gè)氣體壓力。
[0016]并且，保護(hù)器件/保護(hù)模塊的光學(xué)部件可包括用于激光器的工作波長(zhǎng)范圍的防反射涂層以減少反射損耗和可能的干涉和背反射效應(yīng)。
[0017]此外，可將本文所述的包括激光器光學(xué)件保護(hù)部件的殼體實(shí)現(xiàn)為激光腔內(nèi)部的模塊，如參考圖5進(jìn)一步討論的。
[0018]此外，保護(hù)器件/激光器/裝置可包括一個(gè)或多個(gè)換能器(諸如壓力換能器)，其被配置成當(dāng)殼體處于附接工作位置(或在激光腔內(nèi)部)時(shí)當(dāng)在殼體的一個(gè)或多個(gè)部分中的至少一個(gè)中的氣體壓力參數(shù)被改變而超過閾值水平時(shí)自動(dòng)地生成激光器的關(guān)機(jī)命令，所述氣體壓力參數(shù)被所述一個(gè)或多個(gè)換能器的至少一個(gè)壓力換能器檢測(cè)到并且是由外部污染引起的。
[0019]本文所述的示例性實(shí)施方式意圖通過利用成本較低的犧牲光學(xué)部件將激光器和/或激光腔的最終光學(xué)部件與由于外部污染而引起的損壞隔離來防止激光器的毀壞。較低成本光學(xué)部件的示例可以是使用ZnS制造的光學(xué)部件，與可被用于要求更高的最終光學(xué)部件的諸如ZnSe、Ge或CdTe之類的更加昂貴的材料相反。所述實(shí)施方式的目的是隨著損壞形成而檢測(cè)(一個(gè)或多個(gè))犧牲光學(xué)部件上的損壞并在對(duì)激光器的輸出反射鏡/窗口或?qū)す庵C振腔的損壞可以發(fā)生之前自動(dòng)地將激光器關(guān)機(jī)。當(dāng)發(fā)生對(duì)犧牲光學(xué)部件的損壞時(shí)，通常可以在犧牲光學(xué)部件11的外表面Ila上存在污染物的地方點(diǎn)出火花(附圖標(biāo)記適用于下面詳細(xì)地討論的圖1一5)?；鸹ǔ３＿€可以在犧牲光學(xué)部件11的內(nèi)表面Ilb上形成。然后，目的是利用壓力換能器19 (實(shí)現(xiàn)為壓力致動(dòng)開關(guān)、壓力傳感器等)檢測(cè)在犧牲光學(xué)部件11被擊穿時(shí)的壓力變化來檢測(cè)對(duì)犧牲光學(xué)部件11的此損壞。另一目的是引導(dǎo)碎肩遠(yuǎn)離激光器13的最終光學(xué)部件12或如圖1一4中所示的最終光學(xué)件12與犧牲光學(xué)部件11之間的任何光學(xué)部件?？梢栽诩す馇粌?nèi)部實(shí)現(xiàn)類似效果以保護(hù)激光諧振腔，如下面參考圖5所討論的。另一目的是利用來自壓力換能器19的電信號(hào)(關(guān)機(jī)命令)將激光器電源20關(guān)機(jī)并防止對(duì)激光器的損壞。替換地，關(guān)機(jī)命令可在不關(guān)閉激光器的電源的情況下引起激光器的發(fā)射激光能力的終止(例如，通過關(guān)閉激光腔內(nèi)部的開閉器)。
[0020]對(duì)犧牲光學(xué)部件11 (或11’)的損壞還可被多種其它類型的換能器檢測(cè)到，舉幾個(gè)例子包括uv(紫外線)光電二極管、離子感煙檢測(cè)器、光學(xué)感煙檢測(cè)器、擴(kuò)音器、紅外檢測(cè)器。除壓力換能器之外可使用這些類型的換能器。在所有情況下，使用跨犧牲光學(xué)部件11 (在圖1一4中)或11’(在圖5中)的壓力差在如圖1一4中所示引導(dǎo)碎肩遠(yuǎn)離激光器13的最終光學(xué)部件12或最終光學(xué)部件12與犧牲光學(xué)部件11之間的任何光學(xué)部件或者如圖5中所示遠(yuǎn)離激光諧振腔方面是有益的。
[0021]圖1一4舉例說明用于實(shí)現(xiàn)激光器保護(hù)器件(裝置)10的四個(gè)示例性實(shí)施方式，并且圖5舉例說明根據(jù)其它示例性實(shí)施方式的具有帶有合理波長(zhǎng)選擇性的內(nèi)置腔體保護(hù)的激光器。
[0022]根據(jù)圖1中所示的第一實(shí)施方式，犧牲光學(xué)部件11可以是其中可使用第二光學(xué)窗14的光學(xué)窗。針對(duì)第一實(shí)施方式的情況，兩個(gè)光學(xué)窗可在所有表面上具有防反射涂層。兩個(gè)光學(xué)窗被以允許形成氣密(諸如不透氣)密封的手段安裝在殼體15上。可用如圖1中(以及其它圖2—5中)所示的被夾緊環(huán)26壓緊的O形環(huán)密封16或者用諸如但不限于金屬密封或熱固性密封之類的其它手段來形成氣密密封，以在激光器13的壽命內(nèi)保持可靠密封。殼體15、犧牲光學(xué)部件11和第二光學(xué)窗14形成具有光軸17的組件的一部分，該光軸17與激光器13的光軸基本上共調(diào)準(zhǔn)。應(yīng)注意的是保護(hù)性光學(xué)部件11和14可以可選地以約2° -5°略微不對(duì)準(zhǔn)以防止不期