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高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO<sub>2</sub>激光器的制作方法

文檔序號:6958099閱讀:316來源:國知局
專利名稱:高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO<sub>2</sub>激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及激光技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,可實現(xiàn)高重復(fù)頻率穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
背景技術(shù)
1970年,Beaulieu等人首次報導(dǎo)了均勻激勵的并且能在大氣壓下實現(xiàn)穩(wěn)定自持輝光放電的脈沖橫向激勵大氣壓(X)2激光器。由于采用橫向激勵,在相同的增益長度和氣體壓力下,和縱向激勵相比,可以使激光器的放電電壓大幅度下降。一方面,降低了對電源及系統(tǒng)絕緣強度的要求;另一方面,采用較低的放電電壓,可以有效降低放電的E/N值,提高放電激勵的效率。TEA CO2激光器一般采用高壓窄脈沖激勵(放電脈沖的寬度一般為及微秒),存在著“增益開關(guān)”效應(yīng),可以得到很高的脈沖峰值功率。輸出脈沖能量為焦耳量級的TEA CO2激光器,其輸出的脈沖峰值功率可達幾十兆瓦,是連續(xù)波(X)2激光器不可比擬的。 高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,由于具有脈沖峰值功率與平均功率兼顧的特點,在工業(yè)和軍事領(lǐng)域均具有極大的應(yīng)用潛力。由于TEA CO2激光器由真空密封腔系統(tǒng)、諧振腔系統(tǒng)、氣體高速循環(huán)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等多部分組成,結(jié)構(gòu)繁雜,激光頭體積較大,限制了該類激光器系統(tǒng)的使用范圍。同時受循環(huán)氣體風(fēng)速的影響,國內(nèi)所報道的小型高重復(fù)頻率TEA CO2激光器的頻率大多在幾十到幾百赫茲左右(參考文獻1 侯天晉,江東,鄭從眾等.小型高重復(fù)頻率TEA CO2激光器的研究[J]·激光技術(shù),1996,20 (6) :346 348),日本Katsumi Midorikawa等人曾報道過重復(fù)頻率為IkHz的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的TEA CO2激光器,是目前公開報道的重復(fù)頻率最高的橫向激勵大氣壓CO2激光器(參考文獻2 :Katsumi Midorikawa, Hidekazu Hatanaka, S Minoru Obarat Hideo Tashirot A IkHz repetition rate 500W CO2TEA laser employing solid statepulse power conditioning Meas. Sci. Technoi. 1993,4 :388 391.)。綜合國內(nèi)夕卜研究現(xiàn)狀,采用大功率風(fēng)機及循環(huán)風(fēng)道是提高氣體高速循環(huán)系統(tǒng)風(fēng)速,獲得高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光脈沖輸出最直接有效的手段,這不可避免地會增加激光頭的體積,影響到激光器的應(yīng)用領(lǐng)域。傳統(tǒng)橫向激勵大氣壓(X)2激光器采用橫向風(fēng)機,風(fēng)速均勻性優(yōu)良,但由于驅(qū)動軸較長,風(fēng)速、壓差都較低,因而傳統(tǒng)激光器普遍采用體積龐大的風(fēng)道導(dǎo)流方式將經(jīng)過下游熱交換器冷卻后的工作氣體導(dǎo)入處于上游風(fēng)口位置的放電區(qū),整個器件風(fēng)速低而體積大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,以實現(xiàn)緊湊型橫向激勵大氣壓(X)2激光器的高重復(fù)頻率激光脈沖穩(wěn)定輸出,在高峰值功率的基礎(chǔ)上,提高激光器的平均功率。該激光器裝置,在一定程度上解決了傳統(tǒng)高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓 CO2激光器中體積大、重復(fù)頻率低(幾十到幾百赫茲)的問題。為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
—種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,包括密封腔體、光學(xué)諧振腔、紫外電暈預(yù)電離與主電極、渦輪增壓風(fēng)機和散熱冷卻系統(tǒng);其密封腔體包括密封罩、激光器基底, 密封罩下口緣與激光器基底上表面密封固接,其內(nèi)構(gòu)成密封腔體;光學(xué)諧振腔、紫外電暈預(yù)電離與主電極、渦輪增壓風(fēng)機和散熱冷卻系統(tǒng)設(shè)在密封腔體內(nèi)構(gòu)成激光頭主體;渦輪增壓風(fēng)機的噴嘴正對主電極;密封罩側(cè)壁設(shè)有接口,風(fēng)機電源、主放電電極高壓電氣接口由密封接插件接入密封腔體內(nèi);使用時,渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,流經(jīng)主電極;激光電源開啟后,激光器儲能電容迅速充至設(shè)定電壓;控制電路觸發(fā)閘流管導(dǎo)通瞬間,預(yù)電離電容感應(yīng)出高壓,首先在陰極與預(yù)電離之間放電產(chǎn)生紫外電暈;在紫外電暈預(yù)電離的作用下,主電極間電子迅速增加,當(dāng)電子密度達到一定程度時,主電極間氣體輝光放電,形成均勻激勵場,激光脈沖在諧振腔內(nèi)振蕩輸出,脈沖重復(fù)頻率大于^iHz。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,其所述光學(xué)諧振腔,包括全反鏡、 輸出鏡及與其相適應(yīng)的高精度兩維可調(diào)節(jié)鏡座,全反鏡、輸出鏡分別位于密封罩相對的前后端板上,兩鏡相互平行,光學(xué)諧振腔的主軸線垂直于兩側(cè)壁,諧振腔光軸中心位置與主電極軸向中心位置重合。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其所述輸出鏡為部分反射鏡,其材質(zhì)為(X)2紅外激光波段窗口材料硒化鋅、鍺和砷化鎵其中之一,其反射率根據(jù)激光工作介質(zhì)的增益不同為30%到90%,其面型根據(jù)諧振腔的類型為平面,或球面;全反鏡為后腔鏡,為無氧銅基底經(jīng)過超精銑或超精車加工而成,表面鍍金膜或介質(zhì)膜加以保護,其面型根據(jù)諧振腔的類型為平面,或球面。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,其所述全反鏡,在波長可調(diào)諧的 CO2激光器中,為一面閃耀光柵。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,其所述渦輪增壓風(fēng)機固定于密封腔體基底上表面,渦輪增壓風(fēng)機包括交流電機、葉輪、增壓室和壓縮噴嘴,渦輪增壓風(fēng)機的主軸線與光學(xué)諧振腔的主軸線相互正交;一電極支架立于風(fēng)機噴嘴旁側(cè),主電極位于電極支架上端,壓縮噴嘴中心高度與主電極水平中心位置高度相等;渦輪增壓風(fēng)機的底部有一直徑為50mm-100mm的圓孔,圓孔與渦輪增壓室相通連, 圓孔內(nèi)嵌裝有散熱冷卻系統(tǒng)的熱交換器;使用時,渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,直接吹向位于噴嘴旁側(cè)的主電極;在渦輪風(fēng)機運轉(zhuǎn)的過程中,風(fēng)機底部圓孔內(nèi)會形成一個負壓區(qū),經(jīng)過主放電區(qū)的工作氣體,經(jīng)50mm-100mm的圓孔自動流回風(fēng)機渦輪增壓室,在進入下一個循環(huán)前被紫銅板管式熱交換器內(nèi)防凍冷卻液迅速冷卻,再吹向主電極形成循環(huán),無需循環(huán)風(fēng)道設(shè)計,因而體積小。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,其所述主電極分陽極和陰極,為鋼質(zhì)電極,電極放電區(qū)為一平面,與側(cè)面采用圓弧面平滑過渡,陰極與陽極電極的間距為8mm 到15mm可調(diào)。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其所述主電極中的陽極與激光器金屬外殼連接并接地,陰極通過高壓電氣密封接插件與儲能高壓電容相連。所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其所述紫外電暈預(yù)電離為軸向管狀預(yù)電離,為石英材質(zhì),其管壁厚度為0. 8mm 1.2mm,內(nèi)徑為3mm 5mm,內(nèi)壁鍍有 0. 05mm 0. 15mm金屬膜層,外壁緊貼主電極陰極;紫外電暈預(yù)電離的軸向與光學(xué)諧振腔的主軸線平行。綜上所述,本發(fā)明的(X)2激光器采用小型渦輪增壓風(fēng)機作為橫向激勵(X)2激光器的氣體循環(huán)動力裝置,有效地減小了整個激光器的體積,提高了工作氣體的循環(huán)速度,獲得了高達2kHz重復(fù)頻率激光脈沖的穩(wěn)定輸出。該激光器裝置運行可靠、體積小,可多平臺搭載, 有著廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器結(jié)構(gòu)示意圖;其中圖Ia為激光器除去密封罩的三維結(jié)構(gòu)示意圖;圖Ib為激光器后視剖視圖;圖Ic為激光器頂部俯視圖;圖2為采用本發(fā)明裝置實現(xiàn)緊湊型高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器裝置脈沖放電電壓及電流波形圖;圖3為本發(fā)明一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器能量的輸出曲線圖;圖4為本發(fā)明中對應(yīng)于渦輪增壓風(fēng)機不同輸入電壓條件下的風(fēng)速與激光脈沖穩(wěn)定輸出的重復(fù)頻率的關(guān)系圖。
具體實施例方式本發(fā)明一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器,采用渦輪增壓風(fēng)機驅(qū)動工作氣體高速循環(huán)系統(tǒng)用于冷卻更新主放電空間內(nèi)的工作介質(zhì)。激光器開啟前,啟動渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,流經(jīng)主電極。激光電源開啟后,激光器儲能電容迅速充至設(shè)定電壓??刂齐娐酚|發(fā)閘流管導(dǎo)通瞬間, 預(yù)電離電容感應(yīng)出高壓,由于陰極與預(yù)電離之間間隙很小,首先放電產(chǎn)生紫外電暈。在紫外電暈預(yù)電離的作用下,主電極間電子迅速增加,當(dāng)電子密度達到一定程度時,主電極間氣體輝光放電,形成均勻激勵場,激光脈沖在諧振腔內(nèi)振蕩輸出。本發(fā)明裝置采用渦輪增壓技術(shù),在緊湊空間內(nèi)實現(xiàn)了工作氣體的高速循環(huán),進而獲得高重復(fù)頻率激光脈沖的穩(wěn)定輸出, 脈沖重復(fù)頻率大于2kHz。該裝置中光學(xué)諧振腔、紫外電暈預(yù)電離與主電極、渦輪增壓風(fēng)機以及散熱冷卻系統(tǒng)都密封集成在一個體積緊湊的金屬腔體內(nèi)。風(fēng)機電源、主放電電極高壓電氣接口均由密封接插件接入腔體內(nèi)部。渦輪增壓風(fēng)機包括交流電機、葉輪、增壓室、和壓縮噴嘴。使用時,渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,流經(jīng)主電極。渦輪增壓風(fēng)機的底部安裝有熱交換器,在渦輪風(fēng)機運轉(zhuǎn)的過程中,風(fēng)機的底部會形成一個負壓區(qū),經(jīng)過主放電區(qū)的工作氣體會自動流回風(fēng)機渦輪增壓室,在進入下一個循環(huán)前被熱交換器迅速冷卻,無需循環(huán)風(fēng)道設(shè)計。
光學(xué)諧振腔為兩面平行的反射鏡,其中輸出鏡為部分反射鏡,其材質(zhì)為(X)2紅外激光波段窗口材料硒化鋅、鍺和砷化鎵等,其反射率根據(jù)激光工作介質(zhì)的增益不同從30%到 90%不等,其面型根據(jù)諧振腔的類型可以是平面也可以是球面。作為后腔鏡的反射鏡一般為無氧銅基底經(jīng)過超精銑或超精車加工完成,表面可以鍍金膜或介質(zhì)膜加以保護,其面型根據(jù)諧振腔類型可以是平面也可以是球面。在波長可調(diào)諧(X)2激光器中,反射鏡也可以是一面閃耀光柵。紫外電暈預(yù)電離為軸向管狀預(yù)電離。其管壁為0.8 1.2mm厚石英材質(zhì),石英管內(nèi)徑為3 5mm,內(nèi)壁鍍0. 05mm 0. 15mm金屬膜層,石英管外壁緊貼主電極陰極。主電極分陽極和陰極,均為鋼質(zhì)電極。電極放電區(qū)為一平面,與側(cè)面采用圓弧面平滑過渡,陰極與陽極電極間距根據(jù)增益體積從8mm到15mm可調(diào)。主電極中的陽極與激光器金屬外殼連接并接地,陰極通過高壓電氣密封接插件與儲能高壓電容相連。本發(fā)明采用小型渦輪增壓風(fēng)機技術(shù),在渦輪風(fēng)機運轉(zhuǎn)的過程中,風(fēng)機的底部會形成一個負壓區(qū),經(jīng)過主放電區(qū)的工作氣體會自動流回風(fēng)機渦輪增壓室,在進入下一個循環(huán)前被熱交換器迅速冷卻,無需循環(huán)風(fēng)道設(shè)計,有效地抑制了激光器的體積,同時最高工作氣體循環(huán)風(fēng)速達100m/S以上,可獲得重復(fù)頻率為2kHz的穩(wěn)定激光脈沖輸出。為進一步說明本發(fā)明的特征和結(jié)構(gòu),下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細描述。圖la、圖 Ib和圖Ic為緊湊型高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器裝置結(jié)構(gòu)示意圖,其中,圖Ia為除去密封罩之后的激光器結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的緊湊型高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓(X)2激光器裝置,由六個單元組成—、密封腔體單元由密封罩1和激光器基底2兩部分組成的,構(gòu)成整個激光器的外
tJXi O二、光學(xué)諧振腔單元由全反鏡3和輸出鏡4與其相適應(yīng)的高精度兩維可調(diào)節(jié)鏡座 5組成,其中全反鏡3、輸出鏡4分別位于密封罩1相對的前后端板上,兩鏡3、4相互平行, 光學(xué)諧振腔的主軸線垂直于兩側(cè)壁,諧振腔光軸中心位置與主電極8軸向中心位置重合。三、接插件單元由接插件6、7組成分別為渦輪增壓風(fēng)機11的電源接口和主電極8 中陰極的直流高壓輸入接口,接插件6、7均位于密封罩1的后端板上。四、激光器放電增益單元由紫外預(yù)電離裝置9和電極支架10與主電極8構(gòu)成。該單元立于風(fēng)機壓縮噴嘴15旁側(cè),主電極8位于電極支架10上端,壓縮噴嘴15中心高度與主電極8水平中心位置高度相等。預(yù)電離裝置9為兩根管狀結(jié)構(gòu)裝置,分別位于陰極軸向兩側(cè)。五、渦輪增壓風(fēng)機11單元由交流電機12、葉輪13、增壓室14和壓縮噴嘴15組成, 位于整個激光器基底2的中央位置。六、熱交換器單元16位于渦輪增壓風(fēng)機11底部的圓孔內(nèi),圓孔的直徑為 50mm-100mm,圓孔與渦輪增壓室相通連。熱交換器單元16包括紫銅板管式熱交換器,熱交換器內(nèi)置有防凍冷卻液。
實施例激光器工作介質(zhì)為CO2A2和He的混合氣體,工作氣壓為IOOkPa,激光器采用紫外電暈預(yù)電離結(jié)構(gòu),放電方向與光軸方向垂直。激光腔外殼材料為不銹鋼,其中主要放置主放電電極、預(yù)電離電極、渦輪增壓風(fēng)機以及熱交換系統(tǒng)等。電極采用Ernst緊湊型電極,以獲得優(yōu)良的電場均勻性。預(yù)電離采用石英管紫外電暈預(yù)電離,在主放電前,預(yù)電離放電后, 主電極間部分氣體被電離,電極間阻抗下降,主放電輝光放電,均勻穩(wěn)定。主放電電極間距 IOmm,電極寬度10mm,電極長度120mm,工作氣體放電增益體積為12X103mm3。激光諧振腔為平凹腔,由一個曲率半徑為細的全反鏡和部分透射的平面輸出鏡構(gòu)成一個穩(wěn)定諧振腔??紤]到腔內(nèi)的激光輸出的增益較低,輸出鏡采用雙面鍍膜工藝,的腔內(nèi)側(cè)鍍對中心波長10. 6微米反射率為60%的膜層,外側(cè)鍍對中心波長為10. 6微米的增透膜。激光器系統(tǒng)由激光頭、高壓電源、脈沖形成單元、脈沖觸發(fā)電路和觸發(fā)信號源等幾部分組成。渦輪增壓風(fēng)機開啟后,激光頭內(nèi)氣流由風(fēng)機出口高速噴出,流經(jīng)主電極。高壓電源開啟,將脈沖形成單元內(nèi)儲能電容迅速充至設(shè)定電壓。低電平觸發(fā)信號經(jīng)觸發(fā)電路升壓至2kV,觸發(fā)閘流管導(dǎo)通,當(dāng)閘流管被觸發(fā)導(dǎo)通瞬間,預(yù)電離電容感應(yīng)出高壓,由于陰極與預(yù)電離之間間隙很小,首先放電產(chǎn)生紫外電暈。在紫外電暈預(yù)電離的作用下,主電極間電子迅速增加,當(dāng)電子密度達到一定程度時,主電極間氣體輝光放電,形成均勻激勵場。激光脈沖在諧振腔內(nèi)振蕩輸出。其脈沖重復(fù)頻率由作為信號源的信號發(fā)生器控制,連續(xù)可調(diào),最大輸出信號頻率為300kHz。儲能電容為C = &iF,激光工作氣體的混合比例選定為(X)2 N2 He = 1 1 4。 實驗采用的能量計為molectron 100,示波器為TDS 3032B,高壓探頭為泰克公司的 P6015A,電流計為羅斯科夫線圈A10。采用P6015A高壓探頭,羅斯科夫線圈和數(shù)字存儲示波器同步測量了 ISkV激勵電壓條件下,氣體輝光放電電壓與電流波形,如圖2所示。圖中通道1為放電電壓波形,通道 2為放電電流波形。高壓開關(guān)導(dǎo)通30ns后,預(yù)電離電容與主電極陰極之間形成空氣擊穿。 預(yù)電離電容充電時間約為60ns,然后迅速放電,其時間約為40ns。隨著預(yù)電離產(chǎn)生的電子數(shù)濃度的增加,在IOOns時刻左右,主電極開始放電,電電流最大值約為3kA,持續(xù)時間為 400ns。主放電過程中,儲能電容的大部分能量注入電極,在電極間形成放電均勻場。放電電壓20kV的條件下,由molectron 100能量計對激光輸出脈沖能量進行測量。在脈沖重復(fù)頻率IHz的條件下,得到輸出激光脈沖能量約為15mJ。調(diào)節(jié)電源電壓,得到對應(yīng)于不同放電電壓條件下,能量的輸出曲線,如圖3所示。隨著注入能量的增加,激光脈沖輸出能量基本上呈線性增加的趨勢。在16. 5kV 21. 5kV之間,激光脈沖輸出能量隨著激勵電壓的增加而較快增加。渦輪增壓風(fēng)機的輸入電壓從0 250V連續(xù)可調(diào),可以控制激光器腔體內(nèi)激光混合氣的循環(huán)速度,從而達到控制氣體清洗系數(shù)的目的。實驗中,分別選取20V、50V、100V、150V、 200V、230V六檔電壓控制風(fēng)速,在每檔電壓條件下,調(diào)節(jié)脈沖信號發(fā)生器的激光脈沖觸發(fā)頻率獲得均勻穩(wěn)定的激光脈沖輸出。對應(yīng)于渦輪增壓風(fēng)機不同輸入電壓條件下的風(fēng)速與激光脈沖穩(wěn)定輸出的重復(fù)頻率的關(guān)系如圖4所示。在激光器內(nèi)部激光混合氣循環(huán)風(fēng)速達到 100m/s時,激光脈沖重復(fù)頻率可以達到2kHz。
權(quán)利要求
1.一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,包括密封腔體、光學(xué)諧振腔、紫外電暈預(yù)電離與主電極、渦輪增壓風(fēng)機和散熱冷卻系統(tǒng);其特征在于密封腔體包括密封罩、激光器基底,密封罩下口緣與激光器基底上表面密封固接,其內(nèi)構(gòu)成密封腔體;光學(xué)諧振腔、紫外電暈預(yù)電離與主電極、渦輪增壓風(fēng)機和散熱冷卻系統(tǒng)設(shè)在密封腔體內(nèi)構(gòu)成激光頭主體;渦輪增壓風(fēng)機的噴嘴正對主電極;密封罩側(cè)壁設(shè)有接口,風(fēng)機電源、主放電電極高壓電氣接口由密封接插件接入密封腔體內(nèi);使用時,渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,流經(jīng)主電極;激光電源開啟后,激光器儲能電容迅速充至設(shè)定電壓;控制電路觸發(fā)閘流管導(dǎo)通瞬間,預(yù)電離電容感應(yīng)出高壓,首先在陰極與預(yù)電離之間放電產(chǎn)生紫外電暈;在紫外電暈預(yù)電離的作用下,主電極間電子迅速增加,當(dāng)電子密度達到一定程度時,主電極間氣體輝光放電,形成均勻激勵場,激光脈沖在諧振腔內(nèi)振蕩輸出,脈沖重復(fù)頻率大于 2kHz ο
2.如權(quán)利要求1所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述光學(xué)諧振腔,包括全反鏡、輸出鏡及與其相適應(yīng)的高精度兩維可調(diào)節(jié)鏡座,全反鏡、輸出鏡分別位于密封罩相對的前后端板上,兩鏡相互平行,光學(xué)諧振腔的主軸線垂直于兩側(cè)壁,諧振腔光軸中心位置與主電極軸向中心位置重合。
3.如權(quán)利要求2所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述輸出鏡為部分反射鏡,其材質(zhì)為(X)2紅外激光波段窗口材料硒化鋅、鍺和砷化鎵其中之一,其反射率根據(jù)激光工作介質(zhì)的增益不同為30%到90%,其面型根據(jù)諧振腔的類型為平面,或球面;全反鏡為后腔鏡,為無氧銅基底經(jīng)過超精銑或超精車加工而成,表面鍍金膜或介質(zhì)膜加以保護,其面型根據(jù)諧振腔的類型為平面,或球面。
4.如權(quán)利要求2或3所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述全反鏡,在波長可調(diào)諧的CO2激光器中,為一面閃耀光柵。
5.如權(quán)利要求1所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述渦輪增壓風(fēng)機固定于密封腔體基底上表面,渦輪增壓風(fēng)機包括交流電機、葉輪、增壓室和壓縮噴嘴,渦輪增壓風(fēng)機的主軸線與光學(xué)諧振腔的主軸線相互正交;一電極支架立于風(fēng)機噴嘴旁側(cè),主電極位于電極支架上端,壓縮噴嘴中心高度與主電極水平中心位置高度相等;渦輪增壓風(fēng)機的底部有一直徑為50mm-100mm的圓孔,圓孔與渦輪增壓室相通連,圓孔內(nèi)嵌裝有散熱冷卻系統(tǒng)的熱交換器;使用時,渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,直接吹向位于噴嘴旁側(cè)的主電極;在渦輪風(fēng)機運轉(zhuǎn)的過程中,風(fēng)機底部圓孔內(nèi)會形成一個負壓區(qū),經(jīng)過主放電區(qū)的工作氣體,經(jīng)50mm-100mm的圓孔自動流回風(fēng)機渦輪增壓室,在進入下一個循環(huán)前被紫銅板管式熱交換器內(nèi)防凍冷卻液迅速冷卻,再吹向主電極形成循環(huán),無需循環(huán)風(fēng)道設(shè)計,因而體積小。
6.如權(quán)利要求1所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述主電極分陽極和陰極,為鋼質(zhì)電極,電極放電區(qū)為一平面,與側(cè)面采用圓弧面平滑過渡,陰極與陽極電極的間距為8mm到15mm可調(diào)。
7.如權(quán)利要求6所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述主電極中的陽極與激光器金屬外殼連接并接地,陰極通過高壓電氣密封接插件與儲能高壓電容相連。
8.如權(quán)利要求1、6或7所述的高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,其特征在于所述紫外電暈預(yù)電離為軸向管狀預(yù)電離,為石英材質(zhì),其管壁厚度為0. 8mm 1.2mm,內(nèi)徑為 3mm 5mm,內(nèi)壁鍍有0. 05mm 0. 15mm金屬膜層,外壁緊貼主電極陰極;紫外電暈預(yù)電離的軸向與光學(xué)諧振腔的主軸線平行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高重復(fù)頻率橫向激勵大氣壓CO2激光器,涉及激光技術(shù),由密封腔體、光學(xué)諧振腔、紫外電暈預(yù)電離與主放電電極、渦輪增壓風(fēng)機以及散熱冷卻系統(tǒng)組成。其中渦輪增壓風(fēng)機包括交流電機、葉輪、增壓室、和壓縮噴嘴。使用時,渦輪增壓風(fēng)機內(nèi)的電機驅(qū)動直聯(lián)葉輪高速旋轉(zhuǎn),工作氣體經(jīng)過渦輪增壓由噴嘴高速噴出,流經(jīng)主電極,在緊湊空間內(nèi)實現(xiàn)了工作氣體的高清洗系數(shù),進而獲得高重復(fù)頻率激光脈沖的穩(wěn)定輸出。脈沖重復(fù)頻率大于2kHz,是目前國內(nèi)脈沖重復(fù)頻率最高的橫向激勵大氣壓CO2激光器,在激光目標(biāo)指示和告警中有著良好的應(yīng)用前景。
文檔編號H01S3/041GK102480099SQ20101057425
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者劉世明, 張闊海, 王東蕾, 譚榮清, 鄭義軍 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所
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