[其他]大功率氦氖激光器

在審

• 申請號: 101985000000563
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100563B
• 公開（公告）日: 1987-03-04
• 發明（設計）人: 凌一鳴
• 申請（專利權）人: 南京工學院
• 代理公司: 南京工學院專利事務所
• 代理人: 樓高潮

一種可獲得大功率激光輸出的氦氖激光器，本發明采用扁平放電管結構制成，從而解決了短激光管情況下獲得大功率氦氖激光輸出的問題。本發明可供激光醫療，激光全息技術，激光信息處理、激光舞臺照明等需求大功率氦氖激光的應用場合使用。

本發明屬于一種氣體激光器。

一般的氦氖激光器是由圓形截面毛細管內的氦氖氣體放電形成激光的。例如，美國US-4429399號專利所說的氦氖激光器就是一個例子。這種激光管結構要提高激光輸出功率，必須增長放電管長度。因此，用這種結構制成大功率氦氖激光器時，放電管長度勢必很長，這對使用都帶來極大不便。

本發明的目的在于研制一種可以在較短放電管情況下獲得較大激光輸出的氦氖激光器。

本發明的大功率氦氖激光器是由氦氖激光管、光學諧振腔以及激光器電源組成的氦氖激光器，其特征在于限制激活介質的扁平放電管〔14〕的內壁在垂直于放電軸向的放電截面為具有長短兩維尺度的扁平截面。其長短兩維尺度之比至少大于2∶1。這樣，利用短邊長度來保證足夠的激光增益。利用適當增加長邊尺寸來提供較大的模體積，可以兼顧影響提高輸出功率的諸因素，因此，這種激光器的輸出功率與同樣放電管長度的圓截面氦氖激光器相比，其輸出功率要大得多，光斑面積也大得多。

本發明的氦氖激光器與現有的一般氦氖激光器相比，具有輸出功率大、結構緊湊、成本低、壽命長、便于生產、便于使用等優點。可供激光醫療、激光舞臺照明、激光光譜技術，激光全息技術等需求大功率氦氖激光的應用場合使用。

圖1是這種氦氖激光器的示意圖。其中〔1〕〔12〕為介質膜反射鏡，〔2〕〔11〕為布氏窗片，〔3〕〔6〕〔7〕〔10〕為電極引線，〔4〕為陰極玻泡，〔8〕為陽極玻泡，〔5〕為陰極燈絲，〔9〕為陽極鈦泵，〔13〕〔15〕為放電孔，〔14〕為扁平放電管。圖2為扁平放電管〔14〕的剖面圖。圖3是這種氦氖激光器電源線路圖。其中T₁是自耦變壓器，T₂為燈絲變壓器，T₃為高壓變壓器，K₁為電源開關，K₂為鈦泵開關，J為延時繼電器，D₁、D₂、D₃、D₄為高壓硅堆，C₁、C₂、C₃為高壓電容器，R為限流電阻。

本發明的大功率氦氖激光器可以由如下方案實施;其氦氖激光管的整個放電管殼（包括扁平放電管〔14〕、布氏窗〔2〕〔11〕、陽極玻泡〔8〕和陰極玻泡〔4〕）可由軟玻璃經低熔點玻璃直接封接而成，這樣既可以方便地構成扁平形放電管，而且成本低、壽命長，也便于激光管殼成批制造。其扁平放電管〔14〕橫截面的長短兩邊之比以3∶1至8∶1為宜，因為其比例太小則對提高輸出功率作用不大，其比例太大，則可能會出現放電不穩定現象。激光管陰極〔5〕由直熱式氧化物陰極制成，不僅成本低、壽命長，而且能提供較大的發射電流，滿足激光管的工作要求。激光管陽極〔9〕由螺旋形鈦絲制成，既作陽極又作小鈦泵，有助于提高管內真空度。激光管的電極引線〔3〕〔6〕〔7〕〔10〕是由鎳絲-杜美絲-銅絲組成的三節導絲制成。以便與軟玻璃管殼實現氣密封接。在扁平放電管〔14〕的同側有兩個放電孔〔13〕〔15〕，構成從陰極燈絲〔5〕通過放電管〔14〕到陽極鈦泵〔9〕的放電通道，該放電孔與兩端的距離以4～8公分為宜，太短則會導致放電對窗片的影響，太長則使結構不緊湊。激光器的光學諧振腔可以由球面或柱面介質膜反射鏡〔1〕〔12〕構成，可以根據對激光橫模、輸出功率、穩定性等因素來選擇光學諧振腔的結構、形狀和參數。激光器的電源設計除了具有較大放電電流的高壓放電電路外，還在于具有可供給激光管陰極燈絲和陽極鈦泵加熱的燈絲變壓器〔T₂〕，而且接陽極鈦泵的繞組aa，通過開關K₂接到陽極鈦泵〔9〕，以便在必要時，接通鈦泵提高管內真空度，而常態時可斷開K₂以延長鈦泵使用壽命。此外，高壓放電電路通過延時繼電器〔J〕接到燈絲變壓器〔T₂〕初級，以便燈絲預熱后，自動接通放電電路。

例如，本發明的氦氖激光器在放電長度為1米，放電截面為3×18平方毫米，光學諧振腔采用平凹球面內腔結構，凹面全反鏡（反射率約為99.8%）曲率半徑為3米，平面半反鏡透射平均為1.9%，充氣壓力為0.8mmHg，氣體配比為7.5∶1，放電電流為50毫安，放電管壓降為1650伏的情況下（即輸入功率為82.5瓦），其6328激光輸出功率在65毫瓦以上，激光功率的測量是用國產GG-1型激光功率計去掉探測器光闌，使激光束直接照射長方形光電池用100毫瓦檔量程進行量測的，該功率計的讀數又用LW-1型激光功率計（熱偶型，中國計算科學院實驗工廠生產）校正，激光輸出具有扁平形光斑，由于含有較豐富的橫模，以致光斑中心部分在較寬的范圍內光強分布較為均勻而略有起伏，故對希望均勻激光照射的場合尤為有利。