專利名稱:氣體激光管的球形鍍鋁陰極的制作方法
本發(fā)明涉及氣體激光管的陰極，特別涉及氣體激光管的球形鍍鋁陰極。
激光管的陰極用來在產(chǎn)生激光的過程中提供電子。冷陰極氣體激光管利用氣體放電產(chǎn)生導電離子，正離子在電場作用下向陰極加速。當正離子與陰極碰撞時，陰極產(chǎn)生電子，從而在陰極和陽極之間的放電管中產(chǎn)生輝光放電，進而在諧振腔內(nèi)產(chǎn)生激光振蕩，通過激光管一端的部分反射鏡輸出激光。
在離子轟擊陰極時，產(chǎn)生三種效應。一種是被電子中和的離子進入並保留在陰極中，從而導致工作氣體減少;一種是引起陰極材料的濺射，這些被濺射的材料落回陰極時，會俘獲一些氣體原子或分子，即引起濺射吸氣，這也導致工作氣體減少;另一種是，原來被濺射的材料落回陰極后，如果再被離子轟擊，又會引起由被濺射材料俘獲的氣體原子或分子的重新釋放。
氣體激光管通常工作在低氣壓(例如幾乇)條件下，在長期工作以后，由于上述前兩種效應，即所謂“氣體清除”，將使工作氣體損失，引起管內(nèi)氣壓降低和激光輸出功率降低。為了減小上述效應，常常使用鋁材料制造激光管的陰極，因為鋁比較便宜，濺射率較小。
為了使氣體的重新釋放與氣體的俘獲達到平衡，必須使整個陰極表面的放電電流密度是均勻分布的。而傳統(tǒng)的圓筒形鋁箔陰極表面各處的放電電流密度分布不均勻，在靠近放電管端口處電流密度最大，從最大點處向兩側(cè)方向電流密度迅速降低，因此必須采用新的陰極結(jié)構(gòu)，以使放電電流密度均勻分布。
傳統(tǒng)的鋁箔陰極一般采用焊接或沖壓方法做成圓筒形，它具有以下缺點1.由于其結(jié)構(gòu)不合理造成表面放電電流密度分布不均勻，因此使氣體的俘獲率大于氣體的重新釋放率，引起工作氣體減少。
2.由于其表面存在缺陷而產(chǎn)生局部放電不均勻和異常濺射在壓延過程中使用的潤滑劑及油污不易清除干凈，其軋制細紋使表面不平坦，這些都使放電不均勻，並引起強烈的濺射;在點焊成圓筒陰極的過程中，存在著不可避免的焊縫、焊坑，並含有雜質(zhì)(如點焊頭的銅料)，使陰極表面狀況不均勻，發(fā)生異常濺射，破壞陰極表面並逐漸擴大到整個陰極。
3.鋁圓筒陰極懸在激光管內(nèi)空間中，不牢固，易振動，使放電不穩(wěn)定;作為陰極引出端與陰極之間過渡引線的鎳片焊在鋁陰極圓筒上，往往容易在鎳片上放電，使鎳濺落到附近的陰極上，並在該處鋁陰極上發(fā)生強烈的濺射。
英國專利申請GB2，132，407提出用玻璃質(zhì)材料，諸如玻璃、石英、玻璃陶瓷等，制成半球形陰極殼，在陰極殼內(nèi)部鍍一層鋁或鋁合金膜。激光管管殼用低熱膨脹系數(shù)的玻璃質(zhì)材料制造，選擇陰極殼材料的熱膨脹系數(shù)與激光管管體材料相近，用銦作媒質(zhì)，將陰極殼封接到管體上。它用鍍鋁膜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋁箔作陰極，並試圖解決陰極殼材料與管體材料之間的熱膨脹匹配問題，以消除應力，但是它仍然采用傳統(tǒng)的封接技術，結(jié)構(gòu)也不合理，並且沒有說明鍍鋁陰極表面如何電引出。
美國專利US4，477，908提出一種陰極結(jié)構(gòu)，陰極內(nèi)表面是球形的，放電毛細管的一端開口在陰極球形內(nèi)表面的球心至球面開口連線上，這種陰極采用鋁材料分兩部分制成，然后將這兩部分組裝在一起，其內(nèi)表面是球形的。從其附圖中可以看出，該陰極與激光管管體是分離的，而該專利沒有說明該陰極如何與激光管裝配，也沒有提到電引出問題，在該陰極的兩部分配合的界面處仍然存在局部放電不均勻和異常濺射問題。
本發(fā)明的目的在于提供氣體激光管的一種球形鍍鋁陰極，其以球形結(jié)構(gòu)代替圓筒形結(jié)構(gòu)，以鋁膜代替加工的鋁材料，以嵌在陰極殼材料內(nèi)的埋置的鉑箔引線代替裸露的鎳片引線，以克服現(xiàn)有技術的激光管陰極的上述缺點，提高激光管的輸出功率穩(wěn)定性，降低激光噪聲，延長使用壽命。
具體地說，本發(fā)明的目的在于提出一種球形陰極結(jié)構(gòu)，並且激光管的放電管一端的開口位于該球形陰極球心附近，使該球形陰極上的各點的放電電流密度相對于該放電管開口是均勻分布的，從而保證氣體重新釋放率與氣體俘獲率保持平衡，克服現(xiàn)有技術的陰極結(jié)構(gòu)的缺點。
本發(fā)明的目的還在于提供一種球形鍍鋁陰極，陰極殼與激光管用同一種玻璃質(zhì)材料制成一體，在陰極殼內(nèi)表面鍍一層鋁膜作為陰極，以克服現(xiàn)有技術的鋁加工陰極表面易污染、不均勻以及陰極固定不牢等所造成的局部放電不均勻和異常濺射。
本發(fā)明的目的還在于用鉑箔作為鍍鋁陰極的電引出裝置的陰極引線，該鉑箔嵌在陰極殼材料內(nèi)並埋于陰極鋁膜中，與鋁膜保持牢固、良好的電接觸，足以經(jīng)受所需的電流，並且沒有裸露部分，以克服現(xiàn)有技術的鎳片等裸露引線所帶來的問題。
用同一種玻璃質(zhì)材料，諸如玻璃、石英、玻璃陶瓷等，制成激光管及其陰極殼，陰極殼制成球形，其球形內(nèi)表面用傳統(tǒng)的鍍膜方法鍍上一層高純鋁膜。用同樣的玻璃質(zhì)材料制成的放電管與球形陰極殼的開口封接在一起，並通過該開口伸入球形陰極內(nèi)部，放電管的開口位于該球形陰極的球心附近，使該球形陰極上的各點的放電電流密度相對于該放電管的開口是均勻分布的。在球形陰極殼上封接一個陰極引出端，將一小片鉑箔嵌在該球形陰極殼的內(nèi)壁上，使鉑箔成為陰極殼球面的一部分，並且埋置于鋁膜內(nèi)，與該陰極引出端相連。在一個實施例中，激光管采用旁軸式陰極，放電管的另一端與激光管管殼封接並連通。在另一個實施例中，激光管采用同軸式陰極，陰極殼就是激光管管殼的一部分。
下面結(jié)合具體實施例進一步詳細說明本發(fā)明，其中圖1是現(xiàn)有技術的激光管的示意圖。
圖2是本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的一個實施例的示意圖。
圖3是本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的另一個實施例的示意圖。
圖4是本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的再一個實施例的示意圖。
圖5是采用本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的旁軸式全內(nèi)腔激光管的示意圖。
圖6是采用本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的同軸式全內(nèi)腔激光管的示意圖。
圖7是采用本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的旁軸式半內(nèi)腔穩(wěn)頻激光管的示意圖。
圖8是采用本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的同軸式半內(nèi)腔穩(wěn)頻激光管的示意圖。
圖中相同的編號表示同樣的內(nèi)容。
圖1是現(xiàn)有技術的同軸激光管的示意圖。激光管(11)包括管殼(12)，放電毛細管(13)，(12)兩端的反射鏡(1)、(2)，陽極(14)，陰極筒(15)，以及陰極引出端(16)。工作氣體的輝光放電被限制在放電毛細管(13)內(nèi)，全反射鏡(2)和部分反射鏡(1)(反射率約98～99%)組成激光諧振腔，使激光管產(chǎn)生激光振蕩，並從部分反射鏡(1)輸出激光束(3)。陰極筒(15)用鋁箔制成，經(jīng)焊接或沖壓成圓筒形，放電毛細管(13)深入到陰極圓筒內(nèi)部。
圖2是本發(fā)明球形鍍鋁陰極的一個實施例。球形陰極殼(21)用玻璃質(zhì)材料，諸如玻璃、石英、玻璃陶瓷等制成，其球形內(nèi)表面用傳統(tǒng)的鍍膜方法鍍上一層高純鋁膜(22)。放電管(23)與球形陰極殼的開口(27)封接，並通過(27)伸入球形陰極殼內(nèi)部，其開口(24)位于球形陰極的球心附近，使球面鋁膜陰極(22)上各點的放電電流密度相對于開口(24)是均勻分布的，從而保證氣體重新釋放率與氣體俘獲率保持平衡。一片鉑箔(25)嵌在該球形陰極殼的內(nèi)壁上，使鉑箔成為陰極殼球面的一部分，並且埋置于鋁膜(22)內(nèi)，與封接于陰極殼上的陰極引出端(26)相連。
本發(fā)明的球形鍍鋁陰極也可以做成如圖3所示的形式，其中與圖2相同的編號表示與圖2同樣的內(nèi)容。這種球形陰極殼的開口(27)有一個伸入部分(28)，放電管(23)與(28)封接，該球形陰極殼還有另一個開口(31)與一個消氣劑腔(32)相連通，在腔(32)中放置了消氣劑(33)。
本發(fā)明的球形鍍鋁陰極還可入做成如圖4所示的形式，其中與圖2相同的編號表示與圖2同樣的內(nèi)容。這種球形陰極殼有另一個開口(41)與激光管相連通。放電毛細管(13)通過開口(41)伸入球形陰極，與開口(27)的伸入部分(28)相交錯並連通。伸入部分(28)的端口(42)位于球形陰極的球心附近，使球面鋁膜陰極(22)上各點的放電電流密度相對于端口(42)是均勻分布的，從而保證氣體重新釋放率與氣體俘獲率保持平衡。
圖5是使用圖3所示的本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的旁軸式全內(nèi)腔激光管的示意圖，其中與圖1、圖3相同的編號表示與圖1、圖3同樣的內(nèi)容。與球形陰極開口(27)相連接的放電管(23)的另一端與激光管的管殼(12)相連通，使工作氣體輝光放電被限制在放電管(23)和放電毛細管(13)中。
圖6是使用圖4所示的本發(fā)明的球形鍍鋁陰極的同軸式全內(nèi)腔激光管的示意圖，其中與圖1、圖4相同的編號表示與圖1、圖4同樣的內(nèi)容。球形陰極殼(21)的開口(41)的直徑與激光管管殼(12)的直徑一致，它們相連通地封接在一起，使球形陰極殼(21)成為激光管管殼(12)的一部分。
本發(fā)明的球形鍍鋁陰極還可以如圖7、圖8所示用于半內(nèi)腔穩(wěn)頻激光管。
類似地，如圖2所示的本發(fā)明球形鍍鋁陰極也可以用于旁軸式全內(nèi)腔或半內(nèi)腔激光管。
本發(fā)明的球形鍍鋁陰極結(jié)構(gòu)合理，使陰極表面放電電流密度均勻分布，從而使氣體重新釋放率與氣體俘獲率相平衡;陰極表面材料均勻，放電電流密度沒有突變，不產(chǎn)生局部異常濺射;陰極鋁膜直接與玻殼接觸向外散熱，散熱效果好，陰極設有局部溫升;嵌在陰極殼材料內(nèi)並埋置于陰極鋁膜內(nèi)的鉑箔與陰極接觸牢固、良好，能經(jīng)受所需電流，沒有裸露部分，不產(chǎn)生異常濺射。這種球形鍍鋁陰極省去了相應的陰極清洗、焊接和陰極高頻去氣等工藝，制備過程中操作簡便，設備簡單，成品率高，造價低廉，易于推廣，可實現(xiàn)單一元件生產(chǎn)，使激光管陰極商品化。用這種球形鍍鋁陰極制成的激光管輸出功率穩(wěn)定，激光噪聲小，延長了使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種用玻璃質(zhì)材料制作的激光管鍍鋁陰極，其特征在于，所說的玻璃質(zhì)材料制成的陰極殼是球形的，所說的球形陰極殼的內(nèi)表面鍍有一層鋁膜，激光管的放電管伸入該球形陰極內(nèi)部，並且其開口位于該球形陰極的球心附近，使球形陰極鋁膜表面上的各點的放電電流密度相對于該放電管開口是均勻分布的，從而保證在激光管工作期間的氣體重新釋放率與氣體俘獲率保持平衡，一片鉑箔嵌在該球形陰極殼的內(nèi)壁上，使該鉑箔成為該陰極殼球面的一部分，並且埋置于該陰極鋁膜內(nèi)，與陰極引出端相連。
2.權(quán)利要求
1中的球形鍍鋁陰極，其中的球形陰極殼有一個開口與消氣劑腔相連通。
3.權(quán)利要求
1或2中的球形鍍鋁陰極，其中的放電管與激光管管殼相連通地封接在一起，構(gòu)成旁軸式激光管。
4.一種用玻璃質(zhì)材料制作的激光管鍍鋁陰極，其特征在于，所說的玻璃質(zhì)材料制成的陰極殼是球形的，所說的球形陰極殼的內(nèi)表面鍍有一層鋁膜，激光管放電毛細管伸入該球形陰極內(nèi)部，並且與該球形陰極殼的一個開口的伸入部分相交錯並連通，該伸入部分的端口位于該球形陰極的球心附近，使球形陰極鋁膜上各點的放電電流密度相對于該伸入部分端口是均勻分布的，從而保證在激光管工作期間的氣體重新釋放率與氣體俘獲率保持平衡，一片鉑箔嵌在該球形陰極殼的內(nèi)壁上，使該鉑箔成為該陰極殼球面的一部分，並且埋置于該陰極鋁膜內(nèi)，與陰極引出端相連。
5.權(quán)利要求
4中的球形鍍鋁陰極，所說的球形陰極殼還有另一個開口，其直徑與激光管管殼的直徑一致，球形陰極殼的這個開口與激光管管殼相連通地封接在一起，使該球形陰極殼成為激光管管殼的一部分。
專利摘要
激光管的一種球形鍍鋁陰極，陰極殼用玻璃質(zhì)材料制作，其內(nèi)表面鍍有一層鋁膜，激光管的放電管伸入球形陰極內(nèi)部，一片鉑箔嵌在陰極殼材料內(nèi)并埋置于陰極鋁膜內(nèi)。該球形鍍鋁陰極結(jié)構(gòu)合理，表面均勻，散熱好，陰極引出的電接觸牢固、良好。用這種球形鍍鋁陰極制作的旁軸式或同軸式激光管輸出功率穩(wěn)定，激光噪聲小，延長了使用壽命。
文檔編號H01S3/02GK87103443SQ87103443
公開日1988年8月17日 申請日期1987年5月11日
發(fā)明者張維鈺 申請人:中國計量科學研究院導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan