專利名稱：高功率銅蒸氣激光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種激光平均功率達(dá)到百瓦以上的高功率銅蒸氣激光器。
已有技術(shù)(1)1990年Andrew Kearsley和(2)Shimpey Shirayama等提出了由一種非定形絕熱介質(zhì)外加真空熱屏層結(jié)構(gòu)組成的激光頭及共振充電電荷轉(zhuǎn)移激勵(lì)電路的高功率銅蒸氣激光器。
(3)1992年發(fā)明人Nobutada Aoki等提出的銅蒸氣激光器的激光頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。在內(nèi)置銅粒15，二端有放電電極11的激光放電管9的外圍與其同軸心放置有玻璃筒7；在放電管9與玻璃筒7之間填滿了第一非定形絕熱介質(zhì)層8和第二非定形絕熱介質(zhì)層16；在玻璃筒7與高壓絕筒5連同水冷回流套6之間是真空熱屏層14。玻璃筒7和高壓絕緣筒5連同水冷回流套6的二端分別通過(guò)二只中法蘭4用多只“O”形密封圈3與陰極頭2和陽(yáng)極頭10實(shí)現(xiàn)真空封接。陰極頭、陽(yáng)極頭出光端窗口都封有玻璃板12。置于激光頭兩端的平凹全反射鏡1與輸出平面鏡13構(gòu)成激光諧振腔。
上述已有技術(shù)所提出的激光頭結(jié)構(gòu)均系用二種非定形絕熱介質(zhì)層8、16及真空熱屏層14的絕熱結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作工藝難度大。所用的激勵(lì)電路(如圖2所示)，由直流高壓電源、含有閘流管的共振充電回路和放電回路構(gòu)成，其閘流管陽(yáng)極電壓與儲(chǔ)能電容充電電壓相當(dāng)，對(duì)閘流管Th的要求苛刻，同時(shí)影響閘流管的使用壽命和工作穩(wěn)定性。在制造激光頭的過(guò)程中，使用非定形絕熱介質(zhì)時(shí)，造成環(huán)境嚴(yán)重污染，影響操作人員的身心健康。
本發(fā)明的目的為克服上述已有技術(shù)中的缺陷，簡(jiǎn)化激光頭的結(jié)構(gòu)，消除非定形絕熱介質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染和操作人員的毒害；改進(jìn)激勵(lì)電路，在相同激勵(lì)水平下減輕閘流管的負(fù)擔(dān)，從而提高激光放電管的放電電壓和電光轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明激光器的激光頭結(jié)構(gòu)如圖3所示。放電管9內(nèi)置有銅粒15，兩端同軸心置放的分別與陰極頭2和陽(yáng)極頭10連接的放電電極11。陽(yáng)極頭10和陰極頭2的一端分別通過(guò)二只中法蘭4用“O”形密封圈3與玻璃筒7實(shí)現(xiàn)真空封璃接，而陽(yáng)極頭10和陰極頭2與高壓絕緣筒5連同水冷回流套6之間無(wú)需真空封接，因玻璃筒7與高壓絕緣筒5連同水冷回流套6之間是大氣層18。放電管9連同兩端的放電電極11與玻璃筒7之間是中間薄二端厚(填滿中間空間)的單一定形絕熱介質(zhì)層17，激光頭二端出光窗口同樣封有玻璃板12。置于激光頭兩端有平凹全反射鏡1與輸出平面射鏡13構(gòu)成激光諧振腔。
本發(fā)明激勵(lì)電路如圖4所示。在充電單元HV(高壓直流電源)經(jīng)共振回路之后由A點(diǎn)引出有LC反轉(zhuǎn)回路，LC反轉(zhuǎn)回路上有輔助磁芯線圈SR0，在電容C1′上的電壓完成反向的瞬間陰斷了它向閘流管Th倒灌的反向電流，使B點(diǎn)電壓上升到A點(diǎn)電壓的二倍；隨之由B點(diǎn)引出串聯(lián)于放電回路中的磁脈沖壓縮器SR1，由于SR1的感量的非線性特性，又進(jìn)一步提高了C1′和C1″電容器上的電荷向C2轉(zhuǎn)移的速度，從而使激光器的電光轉(zhuǎn)換效率得到了提高。
本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)是1.本發(fā)明激光頭中只用一種定形絕熱介質(zhì)層17，而已有技術(shù)需用二種非定形絕熱介質(zhì)層8、16，所以本發(fā)明不僅節(jié)省了一種絕熱介質(zhì)，簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和工藝，而且消除了絕熱介質(zhì)對(duì)操作人員和環(huán)境的污染。
2.本發(fā)明激光頭中革除了已有技術(shù)中真空熱屏層14，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)和工藝。
3.本發(fā)明激勵(lì)電路中共振充電回路與放電回路之間增加了LC反轉(zhuǎn)電路和磁脈沖壓縮器SR1，在不提高閘流管Th所承受的陽(yáng)極電壓的情況下，將激光放電管的放電電壓提高了一倍，配合上述結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的激光頭，使激光器的電光轉(zhuǎn)換效率提高至少20％。


圖1為已有技術(shù)(3)發(fā)明人Nobutada Aoki等所提出的高功率銅蒸氣激光器激光頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖2為已有技術(shù)(3)所給出的高功率銅蒸氣激光器的激勵(lì)電路示意圖。
圖3為本發(fā)明的高功率銅蒸氣激光器激光頭的結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本發(fā)明銅蒸氣激光器的激勵(lì)電路示意圖。
實(shí)施例如圖3所示的結(jié)構(gòu)，其激光頭的陰極頭2、陽(yáng)極頭10、中法蘭4、水冷回流套5全為不銹銅材料制成；玻璃筒7為內(nèi)徑14.6cm，長(zhǎng)245.8cm的石英玻璃筒；放電管9為內(nèi)徑6.5cm；長(zhǎng)220cm的高純陶瓷管，放電管9內(nèi)放置5～10克銅粒。在放電管9與玻璃筒7之間置有由ALC定形的陶瓷纖維絕熱介質(zhì)層17，此絕熱介質(zhì)層17的二端較厚，中間較薄，為的是使放電管9內(nèi)壁的軸向溫度能夠均勻地保持在1000℃以上。放電前，石英玻璃筒內(nèi)被預(yù)先抽成3～5×10-4乇的真空，然后充10～30乇的Ne氣。電極11為內(nèi)徑6.5cm的銅筒電極。激勵(lì)電路如圖4所示，C1′＝C1″＝10.1nF。C2＝4.95nF當(dāng)電源的輸出功率在10KW以上，脈沖重復(fù)率為5KHz時(shí)，激光器510.6nm和578.2nm綠色和黃色二波長(zhǎng)處的激光平均輸出功率達(dá)到110瓦，綠光與黃光的份量之比為2∶1，每個(gè)激光脈沖的脈寬為40ns，峰值功率大于500KW。
權(quán)利要求
1.一種高功率銅蒸氣激光器，包含激光頭、激光諧振腔和激勵(lì)電路，激光頭的結(jié)構(gòu)是在內(nèi)置銅粒(15)兩端有放電電極(11)的激光放電管(9)的外圍并與放電管(9)同軸心置有玻璃筒(7)，放電管(9)兩端的放電電極(11)分別連有陰極頭(2)和陽(yáng)極頭(10)，陰極頭(2)和陽(yáng)極頭(10)通過(guò)中法蘭(4)和“O”形密封圈(3)分別與高壓絕緣筒(5)和水冷回流套(6)相連；激光諧振腔是由置于激光頭兩端的凹面全反射鏡(1)和輸出平面鏡(13)所構(gòu)成；所用的激勵(lì)電路包含直流高壓電源HV，含有閘流管Th的共振充電回路和放電回路，其特征在于在激光頭中，放電管(9)連同兩端放電電極(11)與玻璃筒(7)之間是單一定形絕緣介質(zhì)層(17)，玻璃筒(7)與高壓絕緣筒(5)連同水冷回流套(6)之間是大氣層(18)；在激勵(lì)電路中共振充電回路與放電回路之間連有含有輔助磁芯線圈SR0的LC反轉(zhuǎn)回路，在放電回路中串有磁脈沖壓縮器SR1。
2.依照權(quán)利要求1的銅蒸氣激光器，其特征在于置于放電管(9)連同兩端放電電極(11)與玻璃管(7)之間的單一定形絕緣介質(zhì)層(17)是中間薄兩端厚的介質(zhì)層。
全文摘要
一種高功率銅蒸氣激光器,輸出激光束平均功率超過(guò)百瓦。激光器的激光頭中,激光放電管連同兩端放電電極與置于放電管同軸心外圍的玻璃筒之間是中間薄兩端厚的單一定形絕緣介質(zhì)層,玻璃筒與水冷回流套之間是大氣層。激勵(lì)電路中在含有閘流管的共振充電回路與串有磁脈沖壓縮器放電回路之間連有LC反轉(zhuǎn)回路。整體激光器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,無(wú)介質(zhì)對(duì)環(huán)境污染,對(duì)操作人員無(wú)損害,光電轉(zhuǎn)換效率至少提高20%。
文檔編號(hào)H01S3/00GK1177852SQ9611651
公開(kāi)日1998年4月1日 申請(qǐng)日期1996年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月25日
發(fā)明者陶永祥, 尹憲華, 陳林, 楊燕 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所