高重複頻率高平均功率雷射器的製作方法

2023-07-15 12:14:31 1

專利名稱：高重複頻率高平均功率雷射器的製作方法
技術領域：
本發明屬於雷射器，特別是採用旋轉火花隙開關的高重複頻率，高平均功率的雷射器。
在高壓脈衝電激勵雷射器中廣泛使用的高壓開關是閘流管和火花隙。在高重複頻率高平均功率運轉條件下，閘流管因其自身的問題，已不太適合用在這種雷射器中。而對通常的火花隙開關有許多特殊的要求。由於相鄰兩個脈衝時間間隔變短，在球隙中氣體的電離及放電後形成的殘餘物質不能充分排除，使開關的穩定性變壞甚至由於「連弧」而完全不能工作。在高重複頻率下，需要採取高速氣流移去放電後的殘餘氣體代之以新鮮氣體，這需要消耗附加的泵功率，並使裝置變得龐大。由於重複使用次數大大增加，當球隙的放電電極被腐蝕後，其穩定性大大下降。
本發明的目的是提出一種使用旋轉火花隙開關的高重複頻率，高平均功率的雷射器。
本發明的主要特點是用旋轉火花隙為開關的固定電極(4)通過放電電容(5)與雷射器的放電電極(6)相聯。
本發明採用機械旋轉的火花隙開關作為高壓脈衝電激勵雷射器的高壓開關，它能承受很大的脈衝能量和很高的脈衝電壓。可靠性高，可以在很高的重複頻率下運轉。在放電電路阻抗不匹配的情況下，不易損壞，並且易於維修。工作時不需要予熱時間。本發明的高重複頻高平均功率TEA CO2雷射器為雷射加工工藝提供了一種新的可能性，並可廣泛用於紅外多光子離解、光泵紅外雷射器及雷射雷達等應用中。


圖1是旋轉火花隙開關示意圖。
圖中1是絕緣轉盤，2是馬達，3是旋轉電極，4是固定電極。
圖2是脈衝電激勵氣體雷射器示意圖。
圖中5、6是主放電電容，7是輸出耦合鏡，8、9是主放電極，10是全反射銅鏡。
圖3是雷射器與旋轉火花隙開關連接剖面圖。
圖中8、9是主放電電極，11是金屬腔體，12是預電離火花針列陣，13是熱交換器，14是切向風機，15是導流板。
下面結合附圖論述本發明。由圖1所示的旋轉火花隙是在一對固定放電電極(4)之間增加一個附加旋轉電極(3)，旋轉電極(3)裝在一個由馬達(2)帶動的高速旋轉的絕緣盤(1)上，當旋轉電極(3)旋轉至固定電極對(4)的角度方位時開關接通，當旋轉電極轉開時開關斷開。設兩個固定電極間的距離為D旋轉電極的高度為L，則開關打開時有效放電間隙為D-L(開關關閉時放電間隙為D)由於比值D/D-L可以設計得很大，因此可靠性極高，可以作到100％，該間隙比為1.5～10合適。
圖2所表示的是一個順序放電的雷射器。在同一個雷射器內將數對放電電極串聯在一起，每個放電電極分別與數個固定電極中的一個相連，放電電極對數與固定電極對數應相等。
雷射器中的放電電極可從1組多至10組。當連接電容器的固定電極連接在一起時，此電路就成為一般的同步放電電路的雷射器。採用旋轉火花隙順序放電的雷射器可使高重複頻率高平均功率的雷射器成為可能，該方案不僅對CO2雷射器適用，而且適用於其它高重複頻率高功率電激勵雷射器，如準分子雷射器，CO雷射器。
下面給出本發明的一個實例，由圖3給出的雷射器是紫外光預電離橫向激勵大氣壓CO2雷射器，由二個相同的組件組成。每個組件包括一對主放電電極(8)或(9)，預電離火花列陣(12)，切向風機(14)和熱交換器(13)。組裝在一個直徑為60cm鋼製園筒形外殼中(11)，主放電電極加工成特殊的剖面，在兩個電極問形成均勻電場，提供一個60cm×2.5cm×2.5cm的放電激活體積。預電離火花列陣由20對鎢針組成，位於放電電極的一個側面，氣體流的下遊，每對鎢針在電學上通過預電離電容並聯到主放電電極(8)、(9)上。所用的旋轉火花隙開關，固定電極(4)為1對，旋轉電極為3個，安裝旋轉電極的絕緣轉盤由一個頻率穩定的馬達驅動，馬達轉速可調節，最大轉速為6000轉/分，對於最大馬達轉速可得到雷射脈衝重複頻率為300HZ。主放電電容C(5，6)由高壓直流電源，經過電感諧振充電至大約二倍電源電壓。雷射氣體混合比CO2∶N2∶He＝1∶1∶4，加少量H2和CO作為氣體催化還原劑，可提高一次充氣的壽命。採用切向風機使雷射混合氣體循環流動，其結構非常緊湊。驅動風機的馬達位於雷射器腔體之外。當風機轉速為3000轉/分時，在激活區內產生30m/s的橫向氣流，在300HZ重複頻率下得到清洗係數為4，(清洗係數是氣流在脈衝重複周期內移動的距離和放電寬度之比)。雷射諧振腔由一個銅凹面全反射鏡(10)和一個部分透射的輸出耦合鏡(7)組成。相距2.2m。雷射諧振腔被固定在由殷鋼製成的光橋上，並採取了減震措施，以避免風機馬達所產生的振動的影響，雷射輸出平均功率隨脈衝重複頻率線性地增長，在充電電壓為17kv時，得到最大輸出功率1.5KW。
權利要求
1.一種採用旋轉火花開關的脈衝電激勵雷射器包括放電電容器(5、6)，雷射器放電電極(8、9)，全反射鏡(10)，輸出耦合鏡(7)，其特徵是用旋轉火花隙為開關的固定電極4通過放電電容(5、6)與雷射器放電電極(8、9)相連。
2.按權利要求1所述的雷射器其特徵為旋轉電極(3)放置在固定電極(4)中間，所說的旋轉電極(3)固定在絕緣轉盤(1)上，轉盤(1)由馬達(2)帶動。
3.按權利要求1或2所述的雷射器其特徵為旋轉電極(3)與固定電極(4)之間的間隙之比值為1.5至10。
4.按權利要求1所述的雷射器其特徵為絕緣轉盤(1)上對稱地配置旋轉電極，該旋轉電極懷固定電極數相對應，所說的固定電極數與一個雷射諧振腔中串聯的放電電極對數相對應。
5.按權利要求1或4所述的雷射器其特徵為雷射諧振腔中可串聯的放電電極數為1-10。
全文摘要
一種採用旋轉火花隙開關的脈衝電激勵雷射器，包括雷射器放電電極(8，9)，全反射銅鏡(10)，輸出耦合鏡(7)，放電電容(5，6)，旋轉火花隙開關。開關的固定電極(4)通過放電電容(5，6)與雷射器主放電電極(8，9)相連。本發明的機械旋轉火花隙開關能承受很大的脈衝能量和很高的脈衝電壓。並可以在很高的重複頻率下運轉。在放電電路阻抗不匹配的情況下不易損壞，易於維修，工作時不需預熱時間。本發明的高重複頻率高平均功率雷射器可廣泛用於紅外光子離解，光泵紅外雷射器及雷射雷達等應用中。
文檔編號H01S3/0975GK1119357SQ9411520
公開日1996年3月27日 申請日期1994年9月21日 優先權日1994年9月21日
發明者萬重怡, 劉世明, 周錦文 申請人:中國科學院電子學研究所