專利名稱：光纖微等離子體放電激光放大裝置及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在大氣壓條件下，利用微孔光纖通過注入反應(yīng)氣體(氦氣、氖氣)產(chǎn)生微等離子體放電，使激光在原有的基礎(chǔ)上放大技術(shù)。
背景技術(shù)：
激光是由受激發(fā)射的光放大產(chǎn)生的輻射，在有理論準備和生產(chǎn)實踐迫切需要的背景下應(yīng)運而生的，它一問世，就獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展。激光的應(yīng)用領(lǐng)域主要有工業(yè)、 醫(yī)療、商業(yè)、科研、信息和軍事六個領(lǐng)域。自激光面世以來，由于其廣泛用途，從而引起全球性的研究熱潮。固體激光器，氣體激光器，液體激光器，半導(dǎo)體激光器等應(yīng)運而生。氣體激光器是以氣體或金屬蒸氣作為主要工作物質(zhì)的激光器，是目前種類最多、輸出激光波長最豐富、應(yīng)用最廣的一種激光器。在精密計算、準直、通信、雷達、全息等方面的廣泛應(yīng)用。氣體激光器一般用氣體放電激勵，在直流的激光管中，必須有一個放電的陰極和陽極。諧振腔一般采用穩(wěn)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。因此對于諧振腔諧振腔加工技術(shù)工藝要求較高，為達到粒子束反轉(zhuǎn)需大面積諧振導(dǎo)致激光器體積過大， 從而限制了激光放大的效果和氣體激光器在某些細小部件上的應(yīng)用。利用大氣壓光纖維微等離子體放電技術(shù)對激光進行放大具有十分重要的應(yīng)用價值。大氣壓光纖維微等離子體放電技術(shù)，不需要復(fù)雜的真空設(shè)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?zé)o需冷卻，放電狀態(tài)穩(wěn)定，產(chǎn)生激光放大效果也較為明顯。迄今為止利用光纖微放電激光放大技術(shù)尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，本發(fā)明旨在提供一種大氣壓條件下光纖微等離子體放電激光放大工藝及其設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡單，可對入射的氦氖激光光束進行放大，輸出穩(wěn)定，效果明顯。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實現(xiàn)的一種光纖微等離子體放電激光放大裝置，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(zhì)量流量控制器連接氣源，石英管的末端設(shè)有光滑石英片；其特征在于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(diào)，頻率為0-20KHZ可調(diào)，電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大于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(tài)進行實時監(jiān)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干擾，對經(jīng)過平面鏡折射后激光放大效果進行表征。本發(fā)明同時公開了上述裝置進行激光放大的工藝，包括如下步驟(1)光纖微等離子體放電氦氖反應(yīng)氣體分別通過氣體質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)比例，通過入氣口進入石英管內(nèi)充分混合，繼而在放電用光纖內(nèi)電極間交替放電，在大氣壓條件下產(chǎn)生均勻的等離子體；(2)激光放大氦氖激光器發(fā)射激光光束通過石英管末端的光滑石英片經(jīng)過放電用光纖后，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)從而達到沿激光傳輸方向上的放大；(3)光纖微等離子體放電狀態(tài)的實時監(jiān)控和激光放大效果的表征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(tài)進行實時監(jiān)控；并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干擾，對經(jīng)過平面鏡折射后激光放大效果進行表征。進一步的，步驟(1)中，高壓交流電源電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大于15KHz。進一步的，步驟(1)中，氦氖混合氣體比例為1 (1-9)；優(yōu)選的氦氖混合氣體比例為 1 (5-7)。氦氣和氖氣作為反應(yīng)氣體，分別通過質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)比例，并在光纖后端的石英管內(nèi)充分混合。利用這種電極間交替放電的結(jié)構(gòu)在大氣壓條件下產(chǎn)生均勻的等離子體，具有其獨特的優(yōu)勢如放電方式簡單，無需復(fù)雜的真空設(shè)備，設(shè)備成本低，體積小，能量消耗低等。利用光纖管內(nèi)沿面微放電將氦氣電離激發(fā)，之后亞穩(wěn)態(tài)的氦氣通過與氖氣共振轉(zhuǎn)移，碰撞電離和符合激發(fā)等方式，將氖激發(fā)到激發(fā)態(tài)，使氖原子的兩個能級實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。當(dāng)氦氖激光光束透過石英管末端的光滑石英片經(jīng)過放電光纖后，由于激發(fā)態(tài)的氖原子處于高能級，當(dāng)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(fā)下從高能級向低能級躍遷。并發(fā)出與誘發(fā)光子全同的光子。于是，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(shù)反轉(zhuǎn)的狀態(tài)， 可穩(wěn)定持續(xù)放大激光光束。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(tài)進行實時監(jiān)控，并用光電倍增管和光譜儀等光學(xué)測試儀器對激光放大效果進行表征。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明光纖微等離子體放電激光放大的照片。
具體實施例方式下面結(jié)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激光放大裝置，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(huán)7包裹，并以細銅線6交替連接高壓電源5 (正弦交流電源，電壓可調(diào)范圍0-20kV，頻率可調(diào)范圍0-20kHz)和地線16。反應(yīng)氣體通過質(zhì)量流量控制器4調(diào)節(jié)比例，并在光纖后端的石英管3內(nèi)充分混合。在應(yīng)用電壓峰-峰值為 4kV-9kV,頻率低于15kHz時產(chǎn)生均勻穩(wěn)定的微等離子體。氦-氖激光器1發(fā)射激光光束通過石英管末端的光滑石英片2經(jīng)過放電光纖后，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受機輻射從而達到沿激光傳輸方向上的放大，在氦氖混合氣體比例為1 5到1 7之間時，激光光束在原有光強的基礎(chǔ)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(tài)進行實時監(jiān)控，并用光電倍增管和光譜儀15等光學(xué)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干擾，對經(jīng)過平面鏡12折射后激光放大效果進行表征。 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光纖微等離子體放電激光放大裝置，其特征在于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(zhì)量流量控制器連接氣源，石英管的末端設(shè)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(diào)，頻率為0-20KHZ可調(diào)，電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大于15KHz。
2.如權(quán)利要求1所述的光纖微等離子體放電激光放大裝置，其特征在于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(quán)利要求1或2所述的光纖微等離子體放電激光放大裝置，其特征在于還包括泰克示波器，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(shè)有準直狹縫；平面鏡，其置于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激光放大工藝，包括如下步驟(1)光纖微等離子體放電氦氖反應(yīng)氣體分別通過氣體質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)比例，通過入氣口進入石英管內(nèi)充分混合，繼而在放電用光纖內(nèi)電極間交替放電，在大氣壓條件下產(chǎn)生均勻的等離子體；(2)激光放大氦氖激光器發(fā)射激光光束通過石英管末端的光滑石英片經(jīng)過放電用光纖后，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受機輻射從而達到沿激光傳輸方向上的放大；(3)光纖微等離子體放電狀態(tài)的實時監(jiān)控和激光放大效果的表征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(tài)進行實時監(jiān)控；并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干擾，對經(jīng)過平面鏡折射后激光放大效果進行表征；步驟(1)中，高壓交流電源電壓峰峰值為4-9KV，頻率不大于15KHz。
5.如權(quán)利要求4所述的光纖微等離子體放電激光放大工藝，其特征在于步驟(1)中， 氦氖混合氣體比例為1 (1-9)。
6.如權(quán)利要求5所述的光纖微等離子體放電激光放大工藝，其特征在于氦氖混合氣體比例為1 (5-7)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖微等離子體放電激光放大裝置及工藝，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(yīng)氣體通過質(zhì)量流量控制器調(diào)節(jié)比例，并在石英管內(nèi)充分混合，利用電極間交替放電的結(jié)構(gòu)在大氣壓下產(chǎn)生均勻的等離子體；氦氖激光器發(fā)射激光光束通過石英管末端的光滑石英片經(jīng)過放電用光纖后，實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和受機輻射從而達到沿激光傳輸方向上的放大。本發(fā)明放電方式簡單，無需復(fù)雜的真空設(shè)備，設(shè)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(yōu)先權(quán)日2011年12月6日
發(fā)明者劉東平, 宋穎 申請人:大連民族學(xué)院