一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種循環(huán)抽氣方法，關(guān)閉所有閥門，對(duì)太赫茲密封腔抽真空，到達(dá)泵飽和時(shí)，使工作氣體進(jìn)入太赫茲腔，達(dá)到較高氣壓后，再次抽真空至泵飽和，重復(fù)以上步驟3次以上，最后充入工作物質(zhì)到所需氣壓，得到含有高純度工作物質(zhì)的太赫茲密封腔環(huán)境。該方法實(shí)現(xiàn)的太赫茲激光器，包括泵浦源，太赫茲密封腔，輸入鏡，輸出鏡；太赫茲密封腔和輸入鏡、輸出鏡構(gòu)成一個(gè)激光諧振腔；太赫茲密封腔側(cè)面設(shè)置工作物質(zhì)輸入端，電容薄膜真空計(jì)，真空泵連接端口；真空泵與太赫茲密封腔相連，連接處設(shè)置真空泵手動(dòng)閥門；工作物質(zhì)容器與太赫茲密封腔相連，連接處設(shè)置工作物質(zhì)手動(dòng)閥門和高真空微調(diào)節(jié)閥門。本實(shí)用新型可低成本實(shí)現(xiàn)高純度太赫茲氣體腔，提升激光器性能。
【專利說(shuō)明】一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太赫茲激光器，尤其涉及一種基于循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器裝置，屬于太赫茲【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]光抽運(yùn)太赫茲激光器由紅外激光泵浦氣體工作物質(zhì)產(chǎn)生太赫茲輻射，其功率較大、模式良好、能夠持續(xù)穩(wěn)定輸出，因而成為眾多太赫茲輻射源中的一朵奇葩。對(duì)該種方法進(jìn)行研究具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。在人們?cè)噲D提高光抽運(yùn)太赫茲激光器輸出功率的研究中，提高太赫茲工作物質(zhì)的純度是一個(gè)重要的優(yōu)化參數(shù)。
[0003]目前，科研人員在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中在提高太赫茲工作物質(zhì)純度所使用的方法是提高放進(jìn)工作物質(zhì)之前真空泵對(duì)太赫茲氣體工作腔的抽真空程度，真空度越高越有利于工作物質(zhì)純度的提高。最普遍的方法是采用高性能的真空泵，目前大部分光泵太赫茲氣體激光器采用的初級(jí)泵和分子泵串聯(lián)獲取高真空:首先由初級(jí)泵進(jìn)行一段時(shí)間的抽真空，到一定氣壓后，打開(kāi)分子泵，進(jìn)一步抽取高真空；分子泵對(duì)太赫茲腔的抽真空趨于飽和后，用閥門密封整個(gè)太赫茲腔，然后放入工作物質(zhì)分子至其工作氣壓。這種光泵太赫茲氣體激光器氣體工作腔高真空度的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)復(fù)雜、冗長(zhǎng)、昂貴的過(guò)程。首先，在硬件設(shè)備方面，要有初級(jí)泵和分子泵兩個(gè)泵串聯(lián)，其中分子泵價(jià)格非常昂貴，與之配套的測(cè)量真空度的氣壓表也需要很高的精度。其次，實(shí)現(xiàn)高真空需要很長(zhǎng)時(shí)間。在做實(shí)驗(yàn)之前先要提前數(shù)小時(shí)、甚至提前一天打開(kāi)初級(jí)泵進(jìn)行抽真空，到一定程度后，才再打開(kāi)分子泵抽高真空，最后到達(dá)穩(wěn)定的高真空度。再次，太赫茲工作腔所要承受的高真空壓力也相當(dāng)大，對(duì)窗口鏡片的抗壓強(qiáng)度有較高的要求，從而增加了鏡片制作的工藝難度和成本，并且厚度較大的光學(xué)鏡片會(huì)加大對(duì)泵浦光和信號(hào)光的衰減。由于在抽取高真空的時(shí)候不能對(duì)太赫茲工作腔進(jìn)行烘烤，一次抽真空后太赫茲激光腔的內(nèi)壁上往往會(huì)有吸附的氣體雜質(zhì)。隨著系統(tǒng)器件的增多和抽真空時(shí)間的增長(zhǎng)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性將會(huì)受到一定的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種低成本獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器裝置。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下述方案實(shí)現(xiàn):
[0006]一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，包括泵浦源，太赫茲密封腔，輸入鏡，輸出鏡；太赫茲密封腔和輸入鏡、輸出鏡構(gòu)成一個(gè)激光諧振腔；太赫茲密封腔前端設(shè)置輸入窗口，后端設(shè)置輸出窗口 ；太赫茲密封腔側(cè)面設(shè)置工作物質(zhì)輸入端，電容薄膜真空計(jì)，真空泵連接端口 ；真空泵經(jīng)真空泵連接端口與太赫茲密封腔相連，連接處設(shè)置真空泵手動(dòng)閥門；工作物質(zhì)容器經(jīng)工作物質(zhì)輸入端與太赫茲密封腔相連，連接處設(shè)置工作物質(zhì)手動(dòng)閥門和高真空微調(diào)節(jié)閥門。
[0007]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的太赫茲密封腔是內(nèi)表面光滑的不銹鋼腔體，連接處使用法蘭和膠圈進(jìn)行密封連接，腔體外表面繞有銅管，通水對(duì)諧振腔進(jìn)行冷卻。
[0008]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的輸入鏡為銅基鍍金或鍍銀反射鏡，反射鏡中間開(kāi)有錐形圓孔以透進(jìn)泵浦激光束。
[0009]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的輸出鏡為銅基鍍金或鍍銀反射鏡，中間開(kāi)有圓孔，作為太赫茲激光輸出耦合端。
[0010]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的輸出鏡為石英鍍金或鍍銀反射鏡，中間留有耦合輸出用不鍍膜部分，邊緣開(kāi)通氣孔，作為太赫茲激光輸出耦合端。
[0011]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的輸入窗口是由泵浦光的窗口材料硒化鋅做成的，雙面鍍10.6微米二氧化碳激光增透膜，用法蘭和膠圈密封到太赫茲密封腔輸入端。
[0012]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的輸出窗口為太赫茲波段的窗口材料做成的，用法蘭和膠圈密封到太赫茲密封腔輸出端。
[0013]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的電容薄膜真空計(jì)，是量程在O-1OOOPa的電
容薄膜規(guī)。
[0014]作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的真空泵是機(jī)械真空泵，對(duì)太赫茲密封腔進(jìn)行抽真空。
[0015]本實(shí)用新型采用循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的方法，包括如下步驟:
[0016]第一步，關(guān)閉所有閥門，依次接通真空泵電源、打開(kāi)真空泵與太赫茲密封腔相連的真空泵手動(dòng)閥門，對(duì)太赫茲密封腔抽真空；
[0017]第二步，觀察薄膜電容真空計(jì)的示數(shù)，到達(dá)泵飽和時(shí)，關(guān)閉真空泵與太赫茲密封腔相連的真空泵手動(dòng)閥門；
[0018]第三步，打開(kāi)連通工作物質(zhì)容器和太赫茲密封腔之間的手動(dòng)閥門和高真空微調(diào)閥門，使工作氣體進(jìn)入太赫茲密封腔，達(dá)到電容薄膜規(guī)可承受的較高氣壓后，關(guān)閉工作物質(zhì)容器和太赫茲密封腔之間的手動(dòng)閥門和高真空微調(diào)閥門；
[0019]第四步，再次打開(kāi)真空泵與太赫茲密封腔相連的真空泵手動(dòng)閥門，對(duì)太赫茲密封腔抽真空，觀察電容真空計(jì)的示數(shù)，到達(dá)泵飽和時(shí)，關(guān)閉真空泵與太赫茲密封腔相連的真空栗手動(dòng)閥門；
[0020]第五步，重復(fù)步驟第三步，放入氣體工作物質(zhì)，重復(fù)步驟第四步，對(duì)太赫茲密封腔抽真空，根據(jù)對(duì)工作物質(zhì)純度的要求，重復(fù)以上步驟3次以上；
[0021]第六步，上述步驟完成之后所有閥門處于關(guān)閉狀態(tài)，太赫茲密封腔內(nèi)處于真空泵飽和狀態(tài)；打開(kāi)連通工作物質(zhì)容器和太赫茲密封腔的手動(dòng)閥門，調(diào)節(jié)高真空手動(dòng)閥門，使薄膜真空計(jì)的示數(shù)以一定的速率上升，達(dá)到所需工作物質(zhì)的工作氣壓后，依次關(guān)閉太赫茲密封腔與工作物質(zhì)容器相連的微調(diào)閥門和手動(dòng)閥門，得到含有高度純凈工作物質(zhì)的太赫茲密封腔(9)環(huán)境。
[0022]循環(huán)抽氣獲取高純度工作物質(zhì)的原理
[0023]設(shè)太赫茲密封腔I的長(zhǎng)度為2米，直徑為10厘米，工作氣壓為pz=200帕。初級(jí)泵所能抽到的真空氣壓為Pc=KT1帕，分子泵所能抽到的真空氣壓為pf=10_3帕。
[0024]首先我們對(duì)傳統(tǒng)的一次抽取高真空并放入太赫茲工作氣體的所得到的工作物質(zhì)的雜質(zhì)的濃度進(jìn)行計(jì)算:
[0025]雜質(zhì)在太赫茲工作腔中所占的比例為:
【權(quán)利要求】
1.一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:包括泵浦源(1)，太赫茲密封腔(9)，輸入鏡(3)，輸出鏡(13);太赫茲密封腔(9)和輸入鏡(3)、輸出鏡(13)構(gòu)成一個(gè)激光諧振腔；太赫茲密封腔前端設(shè)置輸入窗口(2)，后端設(shè)置輸出窗口(14);太赫茲密封腔側(cè)面設(shè)置工作物質(zhì)輸入端(7)，電容薄膜真空計(jì)(8)，真空泵連接端口(12);真空泵(10)經(jīng)真空泵連接端口( 12)與太赫茲密封腔相連，連接處設(shè)置真空泵手動(dòng)閥門(11);工作物質(zhì)容器(4 )經(jīng)工作物質(zhì)輸入端(7 )與太赫茲密封腔(9 )相連，連接處設(shè)置工作物質(zhì)手動(dòng)閥門(6)和高真空微調(diào)節(jié)閥門(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的太赫茲密封腔(9)是內(nèi)表面光滑的不銹鋼腔體，連接處使用法蘭和膠圈進(jìn)行密封連接，腔體外表面繞有銅管，通水對(duì)諧振腔進(jìn)行冷卻。
3.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的輸入鏡(3)為銅基鍍金或鍍銀反射鏡，反射鏡中間開(kāi)有錐形圓孔以透進(jìn)泵浦激光束。
4.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的輸出鏡(13)為銅基鍍金或鍍銀反射鏡，中間開(kāi)有圓孔，作為太赫茲激光輸出耦合端。
5.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的輸出鏡(13)為石英鍍金或鍍銀反射鏡，中間留有耦合輸出用不鍍膜部分，邊緣開(kāi)通氣孔，作為太赫茲激光輸出耦合端。
6.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的輸入窗口(2)是由泵浦光的窗口材料硒化鋅做成的，雙面鍍10.6微米二氧化碳激光增透膜，用法蘭和膠圈密封到太赫茲密封腔(9)輸入端。
7.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的輸出窗口( 14)為太赫茲波段的窗口材料做成的，用法蘭和膠圈密封到太赫茲密封腔(9)輸出端。
8.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的電容薄膜真空計(jì)(8)，是量程在O-1OOOPa的電容薄膜規(guī)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種循環(huán)抽氣獲得高純度太赫茲工作物質(zhì)的激光器，其特征在于:所述的真空泵(10)是機(jī)械真空泵，對(duì)太赫茲密封腔(9)進(jìn)行抽真空。
【文檔編號(hào)】H01S3/036GK203645126SQ201320200899
【公開(kāi)日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月21日
【發(fā)明者】張會(huì)云, 劉蒙, 張玉萍, 張曉
申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)