周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置的製作方法

2023-10-04 10:39:44 3

專利名稱：周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及高功率氣體雷射器技術領域，具體涉及高功率脈衝TEA氣體雷射器的雷射頭結構。
背景技術：
高功率脈衝TEA氣體雷射器採用重複脈衝放電激勵工作制式，放電脈衝寬度極窄(百納秒量級)，由一組長電極對及必要的預電離裝置構成放電增益單元。使雷射振蕩放大輸出的光學諧振腔採用平-凹穩定腔。為實現高重複頻率運轉，獲得高平均功率，要求工作氣體循環流動，還需要對因放電及循環流動作功而使溫度升高的工作氣體實施冷卻。因此在雷射頭結構中，除了有必要的放電增益單元和光學諧振腔外，還需要有使工作氣體循環流動的風機、導流裝置以及冷卻的換熱器。高功率脈衝TEA氣體雷射器只安裝一組放電增益單元，雷射頭橫截面結構布局結合圖1，由一組放電增益單元、一組風機、兩組換熱器及相應導流裝置構成環形氣體循環流場。如圖2為圖1的A-A剖視圖(平-凹穩定腔結構形式)所示，在放電增益單元長度方向的一端垂直設置一塊凹球面全反射鏡片，在另一端垂直設置一塊平面部分反射鏡片，該部分反射鏡片即是雷射輸出窗口。在放電增益單元產生的雷射增益經光學諧振腔振蕩放大並通過雷射輸出窗口輸出。目前，因相關技術與器件的限制，脈衝TEA氣體雷射器的平均功率與重複頻率都難以得到更大提高
發明內容
本發明為解決現有雷射器由於受到技術與器件的限制，難以實現雷射器的平均功率與重複頻率提高的問題，提供一種周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置，能夠使雷射器平均功率與重複頻率得到大幅度提高。周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置，該裝置包括多組放電增益單元，所述多組放電增益單元以一個公共軸線為基準，在同一圓周上均勻分布，並且多組放電增益單元之間設置有風機、換熱器和導流裝置，所述多組放電增益單元、風機、換熱器和導流裝置構成環形氣體循環流場；每一組放電增益單元的長度方向的一端垂直設置凹球面全反射鏡片，另一端傾斜設置第一平面全反射鏡片，所述第一平面全反射鏡片使從每組放電增益單元傳輸出的雷射束向圓周內側折轉方向，且雷射束光軸與公共軸線相交；在公共軸線上傾斜設置第二平面反射鏡片，在所述公共軸線上沿雷射束傳輸方向的一側垂直設置雷射輸出窗口，當第二平面全反射鏡片與其中一組放電增益單元上傾斜設置的第一平面全反射鏡片處於對應位置時，凹球面全反射鏡片與雷射輸出窗口之間形成光路相通的平凹穩定腔結構。本發明的工作原理雷射器工作時，各放電增益單元以相同的重複頻率、相同的間隔時間沿某一圓周方向循環順序脈衝放電，間隔時間等於重複頻率與所設置放電增益單元數量乘積的倒數。以公共軸線上傾斜設置的平面全反射鏡片與某一放電增益單元上傾斜設置的平面全反射鏡片處於對應位置時作為工作起點位置，當公共軸線上傾斜設置的平面全反射鏡片的迴轉和與其對應的放電增益單元的脈衝放電同步啟動時，且公共軸線上傾斜設置的平面全反射鏡片的轉速等同於放電增益單元的重複頻率數值、迴轉方向等同於放電增益單元之間順序放電的循環方向，就會出現這樣的結果公共軸線上傾斜設置的平面全反射鏡片與某一放電增益單元上傾斜設置的平面全反射鏡處於對應位置的時刻，恰好是該放電增益單元脈衝放電的時刻，產生的雷射增益會在形成光路相通的平-凹穩定腔結構中振蕩放大並從雷射輸出窗口輸出。因此，與原只設置一組放電增益單元的雷射頭相比，本發明周向分布多組放電增益單元的雷射頭結構裝置，其雷射輸出平均功率與重複頻率，會達到與設置的放電增益單元的數量相同數值的倍數，得到大幅度的提高。


圖1為現有放電增益單元橫截面的結構示意圖；圖2為圖1的A-A剖面圖，是平凹穩定腔結構示意圖。圖3為本發明周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置的橫截面示意圖；圖4為圖3的A-A剖面圖，是當第二平面全反射鏡片與第一平面全反射鏡片處於對應位置時，在凹球面全反射鏡片與雷射輸出窗口之間形成的平凹穩定腔結構。圖中1、風機,2、換熱器,3、放電增益單兀,4、導流裝置,5、雷射輸出窗口，6、凹球面全反射鏡片，7、第一平面全反射鏡片，8、第二平面全反射鏡片，9、迴轉驅動裝置。
具體實施例方式具體實施方 式一、結合圖3和圖4說明本實施方式，周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置，包括多組(一組以上)相同結構參數的放電增益單元3以一個公共軸線為基準，在同一個圓周上均勻分布；在放電增益單元3之間設置有風機1、換熱器2和導流裝置4，構成環形氣體循環流場；在每一組放電增益單兀3長度方向的一端都垂直設置一塊相同的凹球面全反射鏡片6，在另一端都傾斜設置一塊相同的第一平面全反射鏡片7，該第一平面全反射鏡片7使從放電增益單元3傳輸出的雷射束向圓周內側折轉方向，且雷射束光軸與公共軸線相交；在公共軸線上傾斜設置一塊第二平面全反射鏡片8，第二平面全反射鏡片8安裝在一個迴轉驅動裝置9的迴轉軸上，該迴轉驅動裝置9的迴轉軸線與公共軸線重合；當第二平面全反射鏡片8沿公共軸線迴轉時，其鏡面與各放電增益單元3上傾斜設置的第一平面全反射鏡片7的鏡面都存在著相同的對應位置關係，在該對應位置上能接收到從與其對應的第一平面全反射鏡片7上傳輸過來的雷射束，並能夠使雷射束折轉方向與公共軸線同軸且向一側輸出；在公共軸線上沿雷射傳輸方向的一側垂直設置一塊平面部分反射鏡片，該平面部分反射鏡片即是雷射輸出窗口 5 ;當公共軸線上傾斜設置的第二平面全反射鏡片8與某一放電增益單元3上傾斜設置的第一平面全反射鏡片7處於對應位置時，在該放電增益單元3上垂直設置的凹球面全反射鏡片6與雷射輸出窗口 5之間會形成光路相通的平-凹穩定腔結構，能夠使該放電增益單元因脈衝放電產生的雷射增益振蕩放大並從雷射輸出窗口 5輸出。本實施方式中可包括多組換熱器，所述多組換熱器2與多組放電增益單元3間隔設置在圓周上。
具體實施方式
二、結合圖3和圖4說明本實施方式，本實施方式為具體實施方式
一所述的周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置的實施例本實施方式以周向分布三組相同結構參數的放電增益單元的雷射頭結構為例包括風機1、兩組換熱器2、三組放電增益單元3、六個導流裝置4、雷射輸出窗口 5、三塊凹球面全反射鏡片6、三塊第一平面全反射鏡片7，第二平面全反射鏡片8和迴轉驅動裝置9 ;所述三組相同結構參數的放電增益單元3以一個公共軸線為基準，在同一個圓周上均勻分布；風機1、兩組換熱器2設置在各放電增益單元3之間，放電增益單元3、風機1、換熱器2之間都設置有導流裝置4，構成環形氣體循環流場；在每一組放電增益單元3長度方向的一端(圖4中為右端)都垂直設置一塊相同的凹球面全反射鏡片6，在另一端(圖4中為左端)都傾斜設置一塊相同的第一平面全反射鏡片7，三塊平面全反射鏡片7也是在放電增益單元3所處的同一個圓周上均勻分布，每一塊第一平面全反射鏡片7都能夠使其對應的放電增益單元3傳輸出的雷射束向圓周內側折轉方向，且雷射束光軸與公共軸線相交；在公共軸線上傾斜設置一塊第二平面全反射鏡片8，第二平面全反射鏡片8安裝在迴轉驅動裝置9的迴轉軸上，迴轉驅動裝置9迴轉軸的軸線與公共軸線重合；當第二平面全反射鏡片8圍繞公共軸線迴轉一周時，其鏡面與三塊第一平面全反射鏡片7的鏡面都會出現一次相同的對應位置關係，在該對應位置上第二平面全反射鏡片8能接收到從與其對應的第一平面全反射鏡片7上折轉過來的雷射束，並且使雷射束折轉方向與公共軸線同軸並向一側輸出(圖4中是向左側)；在公共軸線上沿雷射傳輸方向的一側(圖4中是向左側)垂直設置一塊雷射輸出窗口 5 ;當第二平面全反射鏡片8與某一放電增益單元3上傾斜設置的第一平面全反射鏡片7處於對應位置時，在該放電增益單元3上設置的凹球面全反射鏡片6與雷射輸出窗口 5之間就形成光路相通的平-凹穩定腔結構，能夠使該放電增益單元3因脈衝放電產生的雷射增益振蕩放大且從雷射輸出窗口5輸出。採用本實施方式所述的周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置的雷射器在工作時，三組放電增益單元3的放電重複頻率完全相同，以IOOHz為例，它們之間都間隔相同的時間並沿某一圓周方向循環順序放電，結合圖3，以順時針方向為例，間隔時間等於重複頻率與放電增益單元3設置數量乘積的倒數，即間隔時間為1/300秒，以第二平面全反射鏡片8與某第一平面全反射鏡片7處於對應位置時，作為工作起點位置，以圖3中對應最上側的放電增益單元3為例，當第二平面 全反射鏡片8迴轉啟動和與其對應的放電增益單元3放電啟動同步時，且第二平面全反射鏡片8的轉速等同於放電增益單元3的重複頻率數值，即100轉/秒(迴轉一周的時間1/100秒)，迴轉方向等同於各放電增益單元3之間順序放電的循環方向，以圖3所示為順時針方向，則第二平面全反射鏡片8從起點迴轉到與右下側放電增益單元3上的第一平面全反射鏡片7對應位置的時間為1/300秒，迴轉到與左下側放電增益單元3上的第一平面全反射鏡片7對應位置的時間為2/300秒，迴轉到與最上側放電增益單元3上的第一平面全反射鏡片7對應位置的時間(也就是迴轉一周的時間)為3/300秒(S卩1/100秒)。可見第二平面全反射鏡片8與三塊第一平面全反射鏡片7順序處於對應位置的時間間隔為1/300秒，與三組放電增益單元3之間順序放電的間隔時間1/300秒完全相同，則第二平面全反射鏡片8與某一放電增益單元3上設置的第一平面全反射鏡片7處於對應位置的時刻，恰好是該放電增益單元3放電的時刻，產生的雷射增益會在形成光路相通的平凹穩定腔結構中振蕩放大並從雷射輸出窗口 5輸出。因此，周向分布三組放電增益單元3的雷射頭結構裝置，結合圖3，與圖1中只設置一組放電增益單元3的雷射頭相比，重複頻率為300Hz是原來的3倍，雷射輸出平均功率是三組放電增益單元輸出之和也是原來的3倍。則可說明，對於原只設置一組放電增益單元3的雷射頭來說，本實施方式所述的周向分布多 組放電增益單元的雷射頭裝置，其雷射輸出平均功率與重複頻率，會達到與所設置的放電增益單元的數量相同數值的倍數。
權利要求
1.周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置，其特徵是，該裝置包括多組放電增益單元(3)，所述多組放電增益單元(3)以一個公共軸線為基準，在同一圓周上均勻分布，並且多組放電增益單元(3)之間設置有風機(I)、換熱器(2)和導流裝置(4)，所述多組放電增益單元(3)、風機(I)、換熱器(2)和導流裝置(5)構成環形氣體循環流場；每一組放電增益單元(3)的長度方向的一端垂直設置凹球面全反射鏡片(6)，另一端傾斜設置第一平面全反射鏡片(7)，所述第一平面全反射鏡片(7)使從每組放電增益單元(3)傳輸出的雷射束向圓周內側折轉方向，且雷射束光軸與公共軸線相交；在公共軸線上傾斜設置第二平面反射鏡片(8)，在所述公共軸線上沿雷射束傳輸方向的一側垂直設置雷射輸出窗口(5)，當第二平面全反射鏡片8與其中一組放電增益單元(3)上傾斜設置的第一平面全反射鏡片(7)處於對應位置時，凹球面全反射鏡片(6)與雷射輸出窗口(5)之間形成光路相通的平凹穩定腔結構。
2.根據權利要求1所述的周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置，其特徵在於，還包括迴轉驅動裝置(9)，所述第二平面全反射鏡片(8)安裝在迴轉驅動裝置(9)的迴轉軸上，所述迴轉驅動裝置(9)的迴轉軸線與公共軸線重合。
全文摘要
周向分布多組放電增益單元的雷射頭裝置，涉及高功率氣體雷射器技術領域，解決現有雷射器由於受到技術與器件的限制，難以實現雷射器的平均功率與重複頻率提高的問題，包括多組放電增益單元以一個公共軸線為基準，在同一個圓周上均勻分布；在放電增益單元之間設置有風機、換熱器和導流裝置，構成環形氣體循環流場；在每一組放電增益單元長度方向的一端垂直設置凹球面全反射鏡片，在另一端傾斜設置第一平面全反射鏡片，在公共軸線上傾斜設置第二平面全反射鏡片，在公共軸線上沿雷射傳輸方向的一側垂直設置雷射輸出窗口；本發明裝置輸出的雷射平均功率與重複頻率，達到與放電增益單元的數量相同的倍數，得到大幅度提高。
文檔編號H01S3/034GK103036132SQ20121053641
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月12日 優先權日2012年12月12日
發明者邵春雷, 李殿軍, 郭勁 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所