光纖微等離子體放電雷射放大裝置及工藝的製作方法
2023-06-17 20:35:21
專利名稱：光纖微等離子體放電雷射放大裝置及工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及在大氣壓條件下，利用微孔光纖通過注入反應氣體(氦氣、氖氣)產生微等離子體放電，使雷射在原有的基礎上放大技術。
背景技術：
雷射是由受激發射的光放大產生的輻射，在有理論準備和生產實踐迫切需要的背景下應運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發展。雷射的應用領域主要有工業、 醫療、商業、科研、信息和軍事六個領域。自雷射面世以來，由於其廣泛用途，從而引起全球性的研究熱潮。固體雷射器，氣體雷射器，液體雷射器，半導體雷射器等應運而生。氣體雷射器是以氣體或金屬蒸氣作為主要工作物質的雷射器，是目前種類最多、輸出雷射波長最豐富、應用最廣的一種雷射器。在精密計算、準直、通信、雷達、全息等方面的廣泛應用。氣體雷射器一般用氣體放電激勵，在直流的雷射管中，必須有一個放電的陰極和陽極。諧振腔一般採用穩定的球面腔，一端為全反射鏡，另一端即輸出端，為部分反射鏡。因此對於諧振腔諧振腔加工技術工藝要求較高，為達到粒子束反轉需大面積諧振導致雷射器體積過大， 從而限制了雷射放大的效果和氣體雷射器在某些細小部件上的應用。利用大氣壓光纖維微等離子體放電技術對雷射進行放大具有十分重要的應用價值。大氣壓光纖維微等離子體放電技術，不需要複雜的真空設備，具有低成本、低能耗、高效率等特點，放電時氣體溫度低接近室溫無需冷卻，放電狀態穩定，產生雷射放大效果也較為明顯。迄今為止利用光纖微放電雷射放大技術尚未見報導。
發明內容
鑑於現有技術所存在的上述不足，本發明旨在提供一種大氣壓條件下光纖微等離子體放電雷射放大工藝及其設備，其結構簡單，可對入射的氦氖雷射光束進行放大，輸出穩定，效果明顯。本發明的技術解決方案是這樣實現的一種光纖微等離子體放電雷射放大裝置，包括氦氖氣體混合用的石英管，石英管通過入氣口分別通過氣體質量流量控制器連接氣源，石英管的末端設有光滑石英片；其特徵在於所述石英管的前端與放電用光纖連通，所述放電用光纖的外壁等距離包裹寬度相同的金屬電極；所述金屬電極依次交替連接高壓電源和地線；所述高壓電源為正弦交流電源，其電壓為0-20KV可調，頻率為0-20KHZ可調，電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大於15KHz。具體的，相鄰金屬電極的間距為5-30mm，金屬電極的寬度為l-10mm。 進一步的，還包括泰克示波器，其分別連接高壓探頭和電流探頭，對光纖微等離子體放電狀態進行實時監控； 還包括光電倍增管和光譜儀，其連接檢測用光纖，所述檢測用光纖端部利用準直狹縫排除外界光線和雜散光線的幹擾，對經過平面鏡折射後雷射放大效果進行表徵。本發明同時公開了上述裝置進行雷射放大的工藝，包括如下步驟(1)光纖微等離子體放電氦氖反應氣體分別通過氣體質量流量控制器調節比例，通過入氣口進入石英管內充分混合，繼而在放電用光纖內電極間交替放電，在大氣壓條件下產生均勻的等離子體；(2)雷射放大氦氖雷射器發射雷射光束通過石英管末端的光滑石英片經過放電用光纖後，實現粒子數反轉從而達到沿雷射傳輸方向上的放大；(3)光纖微等離子體放電狀態的實時監控和雷射放大效果的表徵用泰克示波器連接高壓探頭和電流探頭，對光纖微等離子體放電狀態進行實時監控；並用光電倍增器和光譜儀連接檢測用光纖，所述檢測用光纖的端部利用準直狹縫排除外界光線和雜散光線的幹擾，對經過平面鏡折射後雷射放大效果進行表徵。進一步的，步驟(1)中，高壓交流電源電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大於15KHz。進一步的，步驟(1)中，氦氖混合氣體比例為1 (1-9)；優選的氦氖混合氣體比例為 1 (5-7)。氦氣和氖氣作為反應氣體，分別通過質量流量控制器調節比例，並在光纖後端的石英管內充分混合。利用這種電極間交替放電的結構在大氣壓條件下產生均勻的等離子體，具有其獨特的優勢如放電方式簡單，無需複雜的真空設備，設備成本低，體積小，能量消耗低等。利用光纖管內沿面微放電將氦氣電離激發，之後亞穩態的氦氣通過與氖氣共振轉移，碰撞電離和符合激發等方式，將氖激發到激發態，使氖原子的兩個能級實現粒子數反轉。當氦氖雷射光束透過石英管末端的光滑石英片經過放電光纖後，由於激發態的氖原子處於高能級，當一個外來光子所帶的能量h υ正好為某一對能級之差，則這原子可以在此外來光子的誘發下從高能級向低能級躍遷。並發出與誘發光子全同的光子。於是，入射一個光子，就會出射兩個完全相同的光子。由光纖微等離子體放電，保證了粒子數反轉的狀態， 可穩定持續放大雷射光束。同時用泰克示波器連接高壓探頭和電流探頭，對光纖微等離子體放電狀態進行實時監控，並用光電倍增管和光譜儀等光學測試儀器對雷射放大效果進行表徵。
圖1是本發明實施例的結構示意圖；圖2是本發明光纖微等離子體放電雷射放大的照片。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。一種光纖微等離子體放電雷射放大裝置，如圖1所示，放電用光纖8長度150mm， 在光纖外壁每隔IOmm距離以IOmm寬的銅環7包裹，並以細銅線6交替連接高壓電源5 (正弦交流電源，電壓可調範圍0-20kV，頻率可調範圍0-20kHz)和地線16。反應氣體通過質量流量控制器4調節比例，並在光纖後端的石英管3內充分混合。在應用電壓峰-峰值為 4kV-9kV,頻率低於15kHz時產生均勻穩定的微等離子體。氦-氖雷射器1發射雷射光束通過石英管末端的光滑石英片2經過放電光纖後，實現粒子數反轉和受機輻射從而達到沿雷射傳輸方向上的放大，在氦氖混合氣體比例為1 5到1 7之間時，雷射光束在原有光強的基礎上放大了接近50%。同時用泰克示波器11連接高壓探頭1和電流探頭9，對光纖微等離子體放電狀態進行實時監控，並用光電倍增管和光譜儀15等光學測試儀器連接檢測用光纖14，所述檢測用光纖的端部利用準直狹縫13排除外界光線和雜散光線的幹擾，對經過平面鏡12折射後雷射放大效果進行表徵。 以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明披露的技術範圍內，根據發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種光纖微等離子體放電雷射放大裝置，其特徵在於包括氦氖氣體混合用的石英管，石英管通過入氣口分別通過氣體質量流量控制器連接氣源，石英管的末端設有光滑石英片；所述石英管的前端與放電用光纖連通，所述放電用光纖的外壁等距離包裹寬度相同的金屬電極；所述金屬電極依次交替連接高壓電源和地線；所述高壓電源為正弦交流電源，其電壓為0-20KV可調，頻率為0-20KHZ可調，電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大於15KHz。
2.如權利要求1所述的光纖微等離子體放電雷射放大裝置，其特徵在於相鄰金屬電極的間距為5-30mm，金屬電極的寬度為l-10mm。
3.如權利要求1或2所述的光纖微等離子體放電雷射放大裝置，其特徵在於還包括泰克示波器，其分別連接高壓探頭和電流探頭；光電倍增管和光譜儀，其連接檢測用光纖，所述檢測用光纖端部設有準直狹縫；平面鏡，其置於放電用光纖和檢測用光纖的端部，其鏡面與放電用光纖及檢測用光纖的準直狹縫分別呈45度角。
4.一種光纖微等離子體放電雷射放大工藝，包括如下步驟(1)光纖微等離子體放電氦氖反應氣體分別通過氣體質量流量控制器調節比例，通過入氣口進入石英管內充分混合，繼而在放電用光纖內電極間交替放電，在大氣壓條件下產生均勻的等離子體；(2)雷射放大氦氖雷射器發射雷射光束通過石英管末端的光滑石英片經過放電用光纖後，實現粒子數反轉和受機輻射從而達到沿雷射傳輸方向上的放大；(3)光纖微等離子體放電狀態的實時監控和雷射放大效果的表徵用泰克示波器連接高壓探頭和電流探頭，對光纖微等離子體放電狀態進行實時監控；並用光電倍增器和光譜儀連接檢測用光纖，所述檢測用光纖的端部利用準直狹縫排除外界光線和雜散光線的幹擾，對經過平面鏡折射後雷射放大效果進行表徵；步驟(1)中，高壓交流電源電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大於15KHz。
5.如權利要求4所述的光纖微等離子體放電雷射放大工藝，其特徵在於步驟(1)中， 氦氖混合氣體比例為1 (1-9)。
6.如權利要求5所述的光纖微等離子體放電雷射放大工藝，其特徵在於氦氖混合氣體比例為1 (5-7)。
全文摘要
本發明涉及一種光纖微等離子體放電雷射放大裝置及工藝，所述裝置包括氦氖氣體混合用的石英管和在其前端連通的放電用光纖，放電用光纖的外壁等距離包裹依次交替連接高壓電源和地線的金屬電極。所述工藝包括氦氖反應氣體通過質量流量控制器調節比例，並在石英管內充分混合，利用電極間交替放電的結構在大氣壓下產生均勻的等離子體；氦氖雷射器發射雷射光束通過石英管末端的光滑石英片經過放電用光纖後，實現粒子數反轉和受機輻射從而達到沿雷射傳輸方向上的放大。本發明放電方式簡單，無需複雜的真空設備，設備成本低，體積小，能量消耗低。
文檔編號H01S3/0955GK102377097SQ20111040207
公開日2012年3月14日 申請日期2011年12月6日 優先權日2011年12月6日
發明者劉東平, 宋穎 申請人:大連民族學院