[發(fā)明專(zhuān)利]高頻橫向激勵(lì)氣體激光器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 00114384.0
• 申請(qǐng)日: 2000-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN1264940A
• 公開(kāi)（公告）日: 2000-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王又青
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01S3/03
• 分類(lèi)號(hào): H01S3/03;H01S3/038;H01S3/04
• 代理公司: 華中理工大學(xué)專(zhuān)利事務(wù)所
• 代理人: 方放,楊為國(guó)

本發(fā)明屬于氣體激光器件。

隨著高功率CO₂激光器在工業(yè)上日益廣泛和深入應(yīng)用，用于切割的激光器所占份額越來(lái)越大，目前用于切割的高功率CO₂氣體激光器，主要為縱向快速流動(dòng)和板條擴(kuò)散冷卻兩種類(lèi)型。縱向快速流動(dòng)有直流和射頻激勵(lì)兩種形式，其中直流激勵(lì)方式激光器正負(fù)電極分別置于石英玻璃管兩端，放電、氣流和激光振蕩方向都是一致的，可得到低階模優(yōu)質(zhì)激光輸出，但存在放電電壓高、放電不穩(wěn)定、需串接耗能限流電阻等缺點(diǎn)。為解決上述缺點(diǎn)所引入的射頻激勵(lì)方式激光器，通常的電極結(jié)構(gòu)又有兩種形式：一是兩個(gè)板條狀電極相對(duì)外置于石英玻璃管表面，放電等離子體特性與橫流氣體激光器類(lèi)似(各向異性)，因此輸出激光模式不是太好；二是兩個(gè)螺旋電極相對(duì)繞置于石英玻璃管外表面，因此放電管內(nèi)的等離子體是螺旋形狀的，可得到較好的光束質(zhì)量。為了更有效地改善管內(nèi)放電等離子體的各向同性程度，有的還采取特殊進(jìn)氣方式，使得放電管內(nèi)氣流呈螺旋形式前進(jìn)。上述幾種形式加在電極上的射頻功率通過(guò)石英管壁所固有的電容耦合激勵(lì)管內(nèi)的增益介質(zhì)——激光混合氣體，一般只有10-20％的射頻功率轉(zhuǎn)化為激光功率輸出，大部分射頻功率轉(zhuǎn)化為熱能使得混合氣體溫度升高，而氣體溫升對(duì)激光輸出是不利的，因此采用快速氣體流動(dòng)冷卻方式限制放電區(qū)的溫升，這需要昂貴的氣流循環(huán)冷卻系統(tǒng)，而且使得整機(jī)結(jié)構(gòu)體積龐大，額外消耗大量電能。1989年以來(lái)發(fā)展起來(lái)板條擴(kuò)散冷卻結(jié)構(gòu)的射頻激勵(lì)氣體激光器，板條形狀的電極之間為放電部分，電極中空、內(nèi)部通冷卻液，所有組成元件均封裝在外殼內(nèi)，放電部分兩端置有全反鏡和輸出鏡，外殼內(nèi)其余空間構(gòu)成儲(chǔ)氣室與放電部分連通，可參見(jiàn)K.M.AbramsKi，A.D.colley，H.J.Baker?&?D.R.Hall“Power?scaling?of?large?area?transverseradio?freeoaency?discharge?CO₂?Lasers”Appl.Ph?5.Letl.，Vol.54(9)，P1833-1835?(1989).這種激光器雖然結(jié)構(gòu)緊湊，無(wú)需氣流循環(huán)冷卻系統(tǒng)，但輸出激光為偏振光束，質(zhì)量很差，需要采用復(fù)雜的價(jià)格較高的外光路系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行整形處理，才能滿足實(shí)用要求。

本發(fā)明的目的在于提供一種高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，通過(guò)變化電極的形狀及其在絕緣放電管上的位置，在絕緣放電管外復(fù)以冷卻通道，開(kāi)發(fā)出不用對(duì)流冷卻系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出光束質(zhì)量好的高功率氣體激光器件。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，其外殼內(nèi)設(shè)置放電部分和冷卻裝置，放電部分兩端分別置有全反鏡和輸出鏡，外殼內(nèi)的其余空間構(gòu)成儲(chǔ)氣室與放電部分連通，其特征在于：

(1)所述放電部分由絕緣放電管及置于絕緣放電管表面或管壁內(nèi)的電極構(gòu)成，電極包括高壓極和地極，

(2)所述冷卻裝置為包裹絕緣放電管的冷卻通道、冷卻通道內(nèi)充冷卻液。

(3)當(dāng)高壓極置于放電管外表面時(shí)，所述冷卻液是絕緣的。

所述的高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，其進(jìn)一步特征可在于所述絕緣放電管橫截面為圓形；所述電極為一對(duì)螺旋狀電極，其中高壓極/地極沿絕緣放電管內(nèi)表面繞行，地極/高壓極或沿絕緣放電管外表面、或沿絕緣放電管內(nèi)表面、或嵌入絕緣放電管管壁內(nèi)與高壓極/地極相間繞行。

所述的高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，其進(jìn)一步特征也可在于所述絕緣放電管橫截面為圓形；所述電極為一對(duì)螺旋狀電極，其中高壓極/地極嵌入絕緣放電管管壁內(nèi)繞行，地極/高壓極或沿絕緣放電管外表面、或嵌入絕緣放電管管壁內(nèi)與高壓極/地極相間繞行。

所述的高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，其進(jìn)一步特征還可在于所述絕緣放電管橫截面為圓形；所述電極為一對(duì)螺旋狀電極，其中高壓極和地極均沿絕緣放電管外表面相間繞行；所述冷卻通道所充冷卻液為絕緣冷卻液。

所述的高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，其進(jìn)一步特征或在于所述絕緣放電管橫截面為圓形或矩形，所述電極為兩對(duì)條狀電極、軸向縱貫絕緣放電管全部長(zhǎng)度，其中兩高壓極/地極沿絕緣放電管內(nèi)表面相對(duì)設(shè)置、兩地極/高壓極或沿絕緣放電管外表面、或沿絕緣放電管內(nèi)表面、或嵌入絕緣放電管管壁與高壓極/地極相間均勻設(shè)置。

所述的高頻橫向激勵(lì)氣體激光器，其進(jìn)一步特征或在于所述絕緣放電管橫截面為圓形，所述電極為兩對(duì)條狀電極、軸向縱貫絕緣放電管全部長(zhǎng)度，其中兩高壓極/地極嵌入絕緣放電管管壁相對(duì)設(shè)置、兩地極/高壓極或沿絕緣放電管外表面、或嵌入絕緣放電管管壁與高壓極/地極相間均勻設(shè)置。