Técnica de selección de modo para un láser de guía de ondas.

Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo (10) que comprende:

- una cavidad resonante (50) que comprende un par de espejos (42, 44) dispuestos en cada extremo (38, 40) de los electrodos, y que tiene un eje de propagación de haz de luz de láser (3); primera y segunda superficies (24, 26), dichas superficies se alargan y separan para conformar una guía de ondas que tiene una altura de guía de ondas (18) a lo largo de un primer eje (1) que se extiende entre dichas superficies;

- dicho primer eje es ortogonal a dichas superficies y a dicho eje de propagación de haz de luz de láser;

- una región de descarga (16) entre los electrodos primero y segundo (12, 14), dicha región de descarga se contiene dentro de al menos una porción de dicha guía de odas para de esta manera crear un haz de luz de láser de salida (48) a lo largo de dicho eje de propagación de haz de luz de láser (3); caracterizado porque:

- una porción hundida (54) se localiza sobre al menos una de dichas superficies, dichas porciones hundidas se delimitan enteramente por dichas en al menos una de dichas superficies y dicha porción hundida tiene una profundidad a lo largo del primer eje, un ancho a lo largo del segundo eje, dicho segundo eje es ortogonal a dicho primer eje y a dicho eje de propagación de haz de luz de láser, una longitud a lo largo del eje de propagación de haz de luz de láser que comprende entre 0.1 y 1 del intervalo de Rayleigh, así, se crea una región dentro de dicha guía de ondas en la cual la propagación de espacio libre de dicho haz de luz de láser de salida ocurre en la dirección de dicho primer eje.

Técnica de selección de modo para un láser de guía de ondas.

La presente invención se relaciona con una técnica de selección de modo en un láser y más particularmente, 5 aunque no exclusivamente, con un láser de guía de ondas de bloque de CHO2 excitado por RF, en donde una porción hundida se localiza en una superficie de la guía de ondas para proporcionar una región de propagación de espacio libre dentro de la guía de ondas. La posición y tamaño de la porción hundida puede variarse para proporcionar la selección de modo.

10 Un típico láser de guía de ondas de bloque de CHO2 excitado por RF se describe en la patente de los Estados Unidos núm. 5, 123, 028, concedida a Coherent, Inc., Estados Unidos. Un par de electrodos planos rectangulares que tienen superficies reflectoras de luz expuestas se separan y dimensionan a manera de guiar la luz, es decir, una guía de ondas, en un plano perpendicular a las superficies reflectoras. La luz paralela a las superficies reflectoras no se fuerza por otros que por los espejos resonadores ubicados en los extremos de los electrodos. La estructura del 15 resonador se diseña como un resonador inestable de ramal negativo en las dimensiones no guías de ondas. Un resonador estable se usa en la dimensión de guía de ondas pero el espejo que se separa del extremo de la guía se basa en parte en la configuración del resonador inestable. Más particularmente, se selecciona la longitud del electrodo y los espejos se posicionan de manera que el radio de curvatura del frente de onda del haz de luz de láser en la cavidad resonante de guía de ondas estable en la localización del espejo sustancialmente ajusta los radios de 20 curvatura de los espejos seleccionados para el resonador inestable. Claramente esto es válido para todos los láseres; de cualquier otra manera la trayectoria no se auto repite y usted no obtiene un láser. Nosotros entendemos que esta patente significa que el radio de curvatura del frente de onda en la superficie del espejo sustancialmente se ajusta al radio de curvatura del espejo para el caso de un frente de ondas de salida sustancialmente plano y por lo tanto vuelve a entrar en la guía de ondas. 25

El objetivo del anteriormente mencionado diseño es proporcionar un láser de guía de ondas de bloque de CO2 el cual es estable y genera una salida de alta potencia para una longitud dada. Adicionales características del diseño se notan en relación a tener un resonador separado de los extremos de la guía de ondas para reducir la degradación, que tiene una estructura de soporte de electrodos mejorada la cual permite la expansión térmica de los 30 electrodos, una mejora del sistema de enfriamiento, los montajes de espejo el cual permite un ajuste desde el exterior de la carcasa del láser, un medio para preionizar la descarga y que tiene una estructura de soporte de electrodo la cual no confina la descarga. Mientras que este diseño logra altas energías en tasas de repetición rápidas, la calidad de modo proporciona un M2 de 1.2 en ambos el eje de guía de ondas y el eje de resonador inestable. No se toman medidas adicionales para mejorar la calidad de modo del dispositivo. 35

La patente de los Estados Unidos núm. 6, 856, 639, concedida a Gosudarstvennoye Predpriyatie Nauchnoissledovatelsky Instituto Lazernoy Fizike, Rusia y Amada Company, Limited, Japón propone un láser de gas tipo bloque de alta potencia. En esta patente, ellos consideran que el láser anterior descrito en la patente de los Estados Unidos núm. 5, 123, 028 limita la potencia de salida debido al requerimiento de que los electrodos no puedan 40 separarse más de 2 mm. Ellos consideran que la restricción de 2 mm se requiere para generar el modo fundamental en el volumen del estrecho, eje de guía de ondas, y consecuentemente, esta restricción al volumen de la región activa del láser reduce la potencia de salida que puede obtenerse.

En la patente de los Estados Unidos núm. 6, 856, 639, se describe un láser de gas que comprende un par de 45 electrodos alargados dispuestos para definir la región de descarga entre dos superficies opuestas de dichos electrodos alargados, en donde la región de descarga define un eje longitudinal, un eje ancho y un eje estrecho. El láser de gas incluye además un gas de láser que se dispone en dicha región de descarga y un medio de excitación para energizar los electrodos para excitar el gas de acción láser. Un primer espejo se dispone en el frente de un primer extremo del par de electrodos alargados, en donde el primer espejo se separa del extremo a lo largo del eje 50 de longitud por una primera distancia, y un segundo espejo se dispone en el frente de un segundo extremo del par de electrodos alargados. Por otra parte, las dos superficies de electrodos opuestas definen una curvatura de electrodo, respectivamente, que se adapta tal que un frente de onda del modo de radiación transversal fundamental en relación al eje estrecho sustancialmente coincide con la curvatura del espejo en el primer espejo en la primera distancia. 55

Esta disposición permite al modo transversal fundamental operar a través de los electrodos mientras que permite que los electrodos tengan una separación con un espacio mínimo de aproximadamente 2.5 mm a 3.7 mm. Este espacio se incrementa a 3.5 mm a 6.0 mm en los extremos de los electrodos. Mientras esta disposición logra buena selección de modo, esto se debe a que no tiene guía de ondas en el diseño con propagación de espacio libre del 60 modo fundamental proporcionando en ambos ejes, con una hendidura que se forma entre los electrodos para preferentemente seleccionar el modo fundamental. Ellos no muestran que la potencia se incremente con el volumen de la región de láser activa. Una mayor desventaja de este diseño es que los electrodos son difíciles de fabricar ya que debe maquinarse una curvatura con una tolerancia alta en cada electrodo. Esta tolerancia debe aplicarse además en la disposición de los espejos alrededor de la estructura y así cualquier cálculo equivocado o 65

desalineamiento puede sustancialmente afectar la calidad de la salida de haz de luz. Adicionalmente, los efectos térmicos pueden variar la curvatura de los electrodos afectando así la calidad del modo previsto.

La patente de los Estados Unidos núm. 5, 216, 689, que es una continuación de la anteriormente mencionada patente de los Estados Unidos núm. 5, 123, 028, también considera el perfilado de electrodos. En una modalidad, se forman 5 extensiones en los extremos de los electrodos entre las cuales la descarga se minimiza. Las extensiones forman superficies recombinantes entre los extremos de los electrodos y los espejos para extinguir especies oxidantes que se generan por la descarga antes que ellas alcancen los espejos. Esta disposición se considera para prevenir la degradación de los espejos y no tiene efecto sobre el desempeño de la selección de modo del láser.

10 La patente de los Estados Unidos núm. 5, 892, 782, concedida a Inc., Estados Unidos describe un láser el cual incluye un resonador híbrido de onda partida que produce un haz de luz de láser de alta calidad a partir de un medio láser de baja ganancia. El resonador híbrido de onda partida incluye una cavidad de resonador que se forma por un par de superficies de espejo de resonador que se posicionan en los extremos opuestos del medio láser y un par de paredes del resonador que se posicionan en lados opuestos de la cavidad del resonador. Las paredes del resonador 15 se separan una de otra por una distancia de separación tal que la cavidad del resonador tiene un número de Fresnel entre aproximadamente 0.5 y 1.5. Al menos una de las paredes del resonador incluye un filtro de oscilación de primer anillo para el medio de acción láser para filtrar las oscilaciones de anillo dentro del medio láser. Este filtro puede tomar la forma de una porción hundida que se forma en una o ambas paredes del resonador. Una o más de las paredes del resonador pueden incluir porciones de las primera y segunda paredes inclinadas una con respecto a 20 otra para conformar un interferómetro de separación de frente de onda. Los espejos resonadores se inclinan fuera de eje con respecto a las paredes del resonador. Este láser no tiene electrodos dispuestos para conformar una guía de ondas. Adicionalmente, el filtro actúa para detener un parásito en vez de dar selección de modo.

La patente de los Estados Unidos núm. 4, 710, 941, concedida a los Estados Unidos de América representado por el 25 Secretario del Ejército, describe un láser de guía de ondas de CW CO2 en el cual los electrodos se perfilan o más particularmente se maquinan para proporcionar una pluralidad de hendiduras en ellas igualmente separadas a lo largo de los electrodos. Estas estructuras de electrodos... [Seguir leyendo]

1. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo (10) que comprende:

- una cavidad resonante (50) que comprende un par de espejos (42, 44) dispuestos en cada extremo 5 (38, 40) de los electrodos, y que tiene un eje de propagación de haz de luz de láser (3) ; primera y segunda superficies (24, 26) , dichas superficies se alargan y separan para conformar una guía de ondas que tiene una altura de guía de ondas (18) a lo largo de un primer eje (1) que se extiende entre dichas superficies;

- dicho primer eje es ortogonal a dichas superficies y a dicho eje de propagación de haz de luz de 10 láser;

- una región de descarga (16) entre los electrodos primero y segundo (12, 14) , dicha región de descarga se contiene dentro de al menos una porción de dicha guía de odas para de esta manera crear un haz de luz de láser de salida (48) a lo largo de dicho eje de propagación de haz de luz de láser (3) ; caracterizado porque: 15

- una porción hundida (54) se localiza sobre al menos una de dichas superficies, dichas porciones hundidas se delimitan enteramente por dichas en al menos una de dichas superficies y dicha porción hundida tiene una profundidad a lo largo del primer eje, un ancho a lo largo del segundo eje, dicho segundo eje es ortogonal a dicho primer eje y a dicho eje de propagación de haz de luz de láser, una longitud a lo largo del eje de propagación de haz de luz de láser que comprende entre 0.1 y 1 del 20 intervalo de Rayleigh, así, se crea una región dentro de dicha guía de ondas en la cual la propagación de espacio libre de dicho haz de luz de láser de salida ocurre en la dirección de dicho primer eje.

2. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con la reivindicación 1 en donde dicha altura de guía de ondas (18) se selecciona del intervalo de 1 mm a 4 mm. 25

3. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con la reivindicación 2 en donde dicha altura de guía de ondas (18) se selecciona de un intervalo de 1.3 mm a 2.8 mm.

4. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con la reivindicación 2 o reivindicación 3 30 en donde dicha porción hundida (54) tiene una profundidad mayor que una vigésima parte de dicha altura de guía de ondas (18) .

5. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde dichas superficies primera y segunda (24, 26) son superficies respectivas de dichos 35 primer (12, 12c, 12d) y segundo (14, 14c, 14d) electrodos y dichas superficies son rectangulares y planas y forman un láser de guía de ondas de bloque.

6. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5 en donde dichas primera (28b) y segunda superficies son superficies respectivas de dichos 40 primer y segundo electrodos (12b, 14b) y dichas superficies son cilíndricas.

7. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 5 en donde dichas primera (28a) y segundas superficies son superficies respectivas de paredes laterales de primer y segundo dieléctricos cerámicos (20, 22) dispuestos entre dichos primer y segundo 45 electrodos (12a, 14a) planos, rectangulares.

8. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de la 1 a la 6 en donde dicha porción hundida (54i) se extiende enteramente a través de dicho primer electrodo (12d) a lo largo de dicho primer eje (1) . 50

9. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde dicha porción hundida (54) tiene una forma rectangular sustancial (54b, 54c, 54e, 54f, 54h, 54i) que tiene una longitud al largo del eje de propagación y en donde la longitud es dicha longitud de porción hundida. 55

10. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde dicha porción hundida 54 tiene una forma circular sustancial (54a) que tiene un diámetro y en donde el diámetro es igual a dicha longitud de porción hundida.

11. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde una porción hundida adicional (56) se proporciona en dicha segunda superficie (26) y las porciones hundidas (54, 56) se sitúan directamente opuestas una de otra.

12. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde dicha cavidad resonante (50) es un resonador estable a lo largo de dicho primer eje (1) y un resonador inestable de ramal negativo a lo largo de un segundo eje (2) , el segundo eje es ortogonal a dicho primer eje y a dicho eje de propagación de haz de luz de láser (3) .

13. Un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes en donde dicha descarga (16) se crea por un gas de láser (36) de CO2 excitado por RF (32, 34) .

14. Un método de fabricar un láser de gas de guía de ondas de modo selectivo (10) , que comprende los pasos: 10

- proporcionar una cavidad resonante (50) que comprende un par de espejos (42, 44) dispuestos en cada extremo (38, 40) de los electrodos, y que tiene un eje de propagación de haz de luz de láser (3) ;

- proporcionar primer y segundo electrodos (12, 14) , los electrodos tienen una primera y segunda superficies planas rectangulares alargadas (24, 26) , dichas superficies están separadas para 15 conformar una guía de ondas que tiene una altura de guía de ondas (18) a lo largo de un primer eje (1) que se extiende entre dichas superficies, dicho primer eje es ortogonal a dichas superficies y a dicho eje de propagación de haz de luz;

- crear una región de descarga (16) entre los electrodos, dicha región de descarga se contiene dentro de al menos una porción de dicha guía de ondas para de esta manera crear un haz de luz de láser de 20 salida (48) a lo largo del eje de propagación del haz de luz de láser;

caracterizado porque:

- una porción hundida (54) se maquina dentro de al menos una de dichas superficies, dicha porción hundida se localiza en dicha en al menos una de dichas superficies para estar delimitada enteramente por dicha en al menos una de dichas superficies y dicha porción hundida tiene una profundidad a lo 25 largo del primer eje, un ancho a lo largo del segundo eje, dicho segundo eje es ortogonal a dicho primer eje y a dicho eje de propagación de haz de luz de láser, una longitud a lo largo del eje de propagación de haz de luz de láser que comprende entre 0.1 y 1 del intervalo de Rayleigh, así, se crea una región dentro de dicha guía de ondas en la cual la propagación de espacio libre de dicho haz de luz de láser de salida ocurre en la dirección de dicho primer eje. 30

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 14, en donde dicho láser es un láser de bloque de CO2 excitado por RF con un resonador estable a lo largo de dicho primer eje (1) y un resonador inestable de ramal negativo a lo largo de un segundo eje (2) , el segundo eje es ortogonal a dicho primer eje y a dicho eje de propagación de haz de luz de láser (3) . 35