[發明專利]一種板條放電預電離橫向激勵大氣壓激光器

有效

• 申請號: 201610009867.2
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN106953225B
• 公開（公告）日: 2019-10-08
• 發明（設計）人: 張志遠;鄔江興;王偉平;張寧;鄔東建;王蓓
• 申請（專利權）人: 北京礴德恒激光科技有限公司
• 主分類號: H01S3/03
• 分類號: H01S3/03;H01S3/041
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發明提供一種板條(SLAB)放電預電離橫向激勵大氣壓(TEA)激光器，簡稱SLAB?TEA激光器，其改進之處在于，具有設置在真空腔內的TEA主放電上電極、TEA主放電下電極、SLAB放電電極、TEA主放電間距支撐桿和SLAB預電離放電間距支撐片構成的SLAB?TEA復合放電結構，和設置在所述復合放電結構長度方向兩端的光學諧振腔，設置于所述復合放電結構下方的氣體擾動裝置。本發明提供的技術方案可產生較高的初始電子密度，并以三維流動方式實現氣體介質的冷卻(置換)，便于塑造大體積理想形狀的主放電等離子體，有利于主放電產生更高的激光功率，預電離技術更簡約，成本更低廉。

技術領域

本發明涉及板條(SLAB)放電、橫向激勵大氣壓(TEA)激光器技術領域，具體講涉及一種板條放電預電離橫向激勵大氣壓激光器，簡稱SLAB-TEA激光器。

背景技術

上世紀60年代激光器問世所引發的光學科學革命，為人類社會進步以及人類思維廣度和深度的拓展產生了巨大而深遠的影響。特別在制造技術領域，出現了以激光技術為基礎的全新的“激光思想、方法和手段”，相對于傳統的機械硬去除(車削、銑削、磨學、鏜、鉆、沖壓等)加工工藝，激光加工呈現出柔性、精細等優良特性，高熔點材料的激光3D打印更是引發了機械制造領域深刻的革命性變化，CO₂激光器在這場氣勢磅礴的“光技術”革命浪潮中一直扮演著重要角色，至今，仍然以優良的性價比，近似于理想的光束質量，廣泛的工業加工應用，最佳的生物醫學效應、最好的大氣穿透性等顯著特點而倍受青睞。

CO₂激光器誕生已大半個世紀，在電激勵方向與形式、放電結構、氣體工作冷卻(置換)方式等方面經過漫長的演變以及多種形式變化，技術發展已經歷了玻璃管全封離態、氣體橫向流動、氣體縱(軸)向流動、擴散型冷卻方式四代。氣體工作介質的冷卻方式是業界公認的具有化代意義的技術特征。

CO₂激光器家族中，第四代器件---射頻激勵擴散冷卻板條波導CO₂激光器(簡稱SLAB-CO₂激光器)是氣體激光器技術的一項重大突破，作為連續輸出大功率激光的典型器件，具有連續輸出、功率大、光束質好、性價比高等顯著優點，在許多重要的應用領域，特別是工業加工領域得到廣泛應用，是目前最先進的大功率CO₂激光器件之一。而橫向激勵大氣壓CO₂激光器(簡稱TEACO₂激光器)則是氣體激光技術的另一項重大突破，作為脈沖輸出高峰值功率的典型器件，具有峰值功率高、單脈沖能量大等顯著優點。經歷半個多世紀的發展，CO₂激光器作為工業加工應用主力激光器件，盡管在制造技術上已相當成熟，但現有器件的技術上缺陷，性能的不足，還不能滿足更高層面應用的實際需求。

現有連續輸出的典型SLAB-CO₂激光器在放電結構、電激勵方式、氣體工作介質的冷卻方式方面存在技術缺陷：

第一，在放電結構方面，現有大功率SLAB-CO₂激光器的放電結構中板條波導電極的放電面既光諧振的波導面，放電間距即光波導間距d嚴格限制在1.5mm≤d＜6mm范圍，均勻穩定放電的氣壓p值也較低，通常低于約30kp，使得pd積(氣壓、間距)較小，提高該激光器的輸出激光功率僅靠增大放電面積，無法通過增高氣壓這種更有效的技術途徑來實現。

第二，在電激勵方式方面，射頻激勵以PWM控制的脈沖調幅方式為氣體放電提供射頻能量，雖然可精確控制板條(SLAB)放電的電離度，但脈沖調幅或斬波技術不能大幅提高射頻脈沖的峰值功率，也就滿足不了更大pd積氣體輝光放電所需的電激勵能量。