[發明專利]熱容氣體激光器

有效

• 申請號: 200910093765.3
• 申請日: 2009-09-28
• 公開（公告）號: CN102035132A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 萬重怡
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: H01S3/22
• 分類號: H01S3/22;H01S3/223;H01S3/225;H01S3/03;H01S3/036;H01S3/041
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及激光器技術領域，特別涉及一種高平均功率橫向激勵大氣壓的二氧化碳激光器，是一種熱容氣體激光器。

背景技術

高重復頻率、高平均功率橫向激勵大氣壓二氧化碳激光器(TEACO₂激光器)在高能激光物理研究、激光推進技術研究和激光防雷電技術研究等技術領域有重要的應用。現有的TEA?CO₂激光器，其平均功率最大可達萬瓦數量級。由于在電激勵技術上的進步，進一步大幅度提高平均功率已無大的障礙，重要的技術障礙是激光器的冷卻技術。現有的冷卻技術有兩種。第一種是封閉氣體循環流動型，第二種是氣體開放流出型，各有其優缺點。然而對于進一步將平均功率大幅度提高到100kW甚至1MW量級則都不切實用。因此冷卻技術成為發展大功率TEA?CO₂激光器的技術“瓶頸”。

封閉氣體循環流動型激光器是在激光器腔體內部設置風機和水冷散熱器，風機在腔體內產生高速循環氣流，將放電區產生的熱氣體輸送到散熱器中，經過冷卻后再輸送回放電區。如此循環不已，達到產生高脈沖重復頻率、高平均功率激光的目的。萬重怡等采用這種方法在一臺紫外光預電離型TEA?CO₂激光器上獲得了12kW平均功率激光輸出(Chongyi?Wan?et?al，Proc.SPIE，2005，5777：426-432)。雖然采用這種方法還可繼續提高激光輸出功率，但是由于用于產生高速氣流的風機需要大約三分之一的電功率，且體積和重量龐大，因此對進一步大幅度提高激光功率不是一個好的選擇。另一方面，氣體開放流出型TEA?CO₂激光器是一種最直接的冷卻方式：激光混合氣體從高壓氣瓶經減壓閥后流過放電區，放電產生的“廢氣”直接排出到大氣中。G.J.Dezenbery等采用這種方法在一臺電子束控制CO₂激光器上獲得了28kW平均功率激光輸出(G.J.Dezenbery，et?al.，AIAA-81-1131)。這種方法簡單易行，但在大功率激光器情況下由于消耗大量稀有貴重氣體，且造成環境污染，因此也不是一個好的選擇。

發明內容

本發明的目的是提供一種熱容氣體激光器，帶有高壓儲氣瓶、儲氣袋、氣體壓縮機、高壓氣體輸出閥門組和高壓氣體返回閥門組，在放電區內形成大氣壓高速氣流以便進行高重復頻率脈沖放電產生高平均功率激光，并且激光氣體可以循環使用，是具有高重復頻率、高平均功率的橫向激勵大氣壓二氧化碳氣體激光器(TEA?CO₂激光器)。

為實現上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種熱容氣體激光器，包括激光器腔體、主放電電極、預電離器、激光諧振腔、高壓儲氣瓶組、高氣壓輸出閥門組、氣體噴嘴組、導流板、高壓脈沖放電電源、真空泵、真空閥門，各部件按常規連接；其還包括儲氣袋、高氣壓返回閥門組和氣體壓縮機；在激光器腔體一側設有氣體噴嘴組，相對的另一側壁上設有一長條形通孔，長條形通孔與儲氣袋密閉式相連通；在高壓儲氣瓶和激光器腔體之間有兩路連接：一路，激光發射過程中，激光混合氣體從氣體噴嘴組高速噴射出，流經激光器腔體，流入儲氣袋，使氣袋膨脹；另一路，激光發射結束后，由氣體壓縮機將儲氣袋內的激光混合氣體經過高氣壓返回閥門組緩慢地壓縮回高壓儲氣瓶組，供激光器下一次試驗時使用，此時儲氣袋縮小回到原狀態，折疊收藏；折疊收藏時儲氣袋仍通過長條形通孔和激光器腔體維持密閉式相連通。

所述的熱容氣體激光器，其所述長條形通孔與儲氣袋密閉式相連通，是長條形通孔為一長條形真空密封法蘭開口，儲氣袋是一個柔性的可折疊的密封袋，有一個長條形真空密封法蘭開口，兩法蘭開口相互密封對接后連通。

所述的熱容氣體激光器，其所述激光混合氣體是二氧化碳激光混合氣體、一氧化碳激光混合氣體或準分子激光混合氣體其中之一。

所述的熱容氣體激光器，其還包括一氣體清潔還原裝置，位于氣體壓縮機輸入口與激光器腔體相連的大氣壓/真空管路中，以將激光氣體的成份還原成純凈的狀態。

所述的熱容氣體激光器，其所述的氣體清潔還原裝置是一個容器，內含有除氧劑。

所述的熱容氣體激光器，其所述的氣體清潔還原裝置容器中含有鉑催化劑、或含有氧化錫和氧化錳催化劑。

所述的熱容氣體激光器，其還包括一熱交換器，位于氣體壓縮機輸入口與激光器腔體相連的大氣壓/真空管路中，以使激光混合氣體冷卻。

所述的熱容氣體激光器，其所述的熱交換器為水冷式熱交換器。