专利名称：高功率铜蒸气激光器的制作方法
技术领域：
本发明是一种激光平均功率达到百瓦以上的高功率铜蒸气激光器。
已有技术(1)1990年Andrew Kearsley和(2)Shimpey Shirayama等提出了由一种非定形绝热介质外加真空热屏层结构组成的激光头及共振充电电荷转移激励电路的高功率铜蒸气激光器。
(3)1992年发明人Nobutada Aoki等提出的铜蒸气激光器的激光头结构如图1所示。在内置铜粒15，二端有放电电极11的激光放电管9的外围与其同轴心放置有玻璃筒7；在放电管9与玻璃筒7之间填满了第一非定形绝热介质层8和第二非定形绝热介质层16；在玻璃筒7与高压绝筒5连同水冷回流套6之间是真空热屏层14。玻璃筒7和高压绝缘筒5连同水冷回流套6的二端分别通过二只中法兰4用多只“O”形密封圈3与阴极头2和阳极头10实现真空封接。阴极头、阳极头出光端窗口都封有玻璃板12。置于激光头两端的平凹全反射镜1与输出平面镜13构成激光谐振腔。
上述已有技术所提出的激光头结构均系用二种非定形绝热介质层8、16及真空热屏层14的绝热结构，其结构复杂，制作工艺难度大。所用的激励电路(如图2所示)，由直流高压电源、含有闸流管的共振充电回路和放电回路构成，其闸流管阳极电压与储能电容充电电压相当，对闸流管Th的要求苛刻，同时影响闸流管的使用寿命和工作稳定性。在制造激光头的过程中，使用非定形绝热介质时，造成环境严重污染，影响操作人员的身心健康。
本发明的目的为克服上述已有技术中的缺陷，简化激光头的结构，消除非定形绝热介质对环境的污染和操作人员的毒害；改进激励电路，在相同激励水平下减轻闸流管的负担，从而提高激光放电管的放电电压和电光转换效率。
本发明激光器的激光头结构如图3所示。放电管9内置有铜粒15，两端同轴心置放的分别与阴极头2和阳极头10连接的放电电极11。阳极头10和阴极头2的一端分别通过二只中法兰4用“O”形密封圈3与玻璃筒7实现真空封璃接，而阳极头10和阴极头2与高压绝缘筒5连同水冷回流套6之间无需真空封接，因玻璃筒7与高压绝缘筒5连同水冷回流套6之间是大气层18。放电管9连同两端的放电电极11与玻璃筒7之间是中间薄二端厚(填满中间空间)的单一定形绝热介质层17，激光头二端出光窗口同样封有玻璃板12。置于激光头两端有平凹全反射镜1与输出平面射镜13构成激光谐振腔。
本发明激励电路如图4所示。在充电单元HV(高压直流电源)经共振回路之后由A点引出有LC反转回路，LC反转回路上有辅助磁芯线圈SR0，在电容C1′上的电压完成反向的瞬间阴断了它向闸流管Th倒灌的反向电流，使B点电压上升到A点电压的二倍；随之由B点引出串联于放电回路中的磁脉冲压缩器SR1，由于SR1的感量的非线性特性，又进一步提高了C1′和C1″电容器上的电荷向C2转移的速度，从而使激光器的电光转换效率得到了提高。
本发明优点是1.本发明激光头中只用一种定形绝热介质层17，而已有技术需用二种非定形绝热介质层8、16，所以本发明不仅节省了一种绝热介质，简化了结构和工艺，而且消除了绝热介质对操作人员和环境的污染。
2.本发明激光头中革除了已有技术中真空热屏层14，进一步简化了结构和工艺。
3.本发明激励电路中共振充电回路与放电回路之间增加了LC反转电路和磁脉冲压缩器SR1，在不提高闸流管Th所承受的阳极电压的情况下，将激光放电管的放电电压提高了一倍，配合上述结构简单的激光头，使激光器的电光转换效率提高至少20％。
图1为已有技术(3)发明人Nobutada Aoki等所提出的高功率铜蒸气激光器激光头的结构图。
图2为已有技术(3)所给出的高功率铜蒸气激光器的激励电路示意图。
图3为本发明的高功率铜蒸气激光器激光头的结构图。
图4为本发明铜蒸气激光器的激励电路示意图。
实施例如图3所示的结构，其激光头的阴极头2、阳极头10、中法兰4、水冷回流套5全为不锈铜材料制成；玻璃筒7为内径14.6cm，长245.8cm的石英玻璃筒；放电管9为内径6.5cm；长220cm的高纯陶瓷管，放电管9内放置5～10克铜粒。在放电管9与玻璃筒7之间置有由ALC定形的陶瓷纤维绝热介质层17，此绝热介质层17的二端较厚，中间较薄，为的是使放电管9内壁的轴向温度能够均匀地保持在1000℃以上。放电前，石英玻璃筒内被预先抽成3～5×10-4乇的真空，然后充10～30乇的Ne气。电极11为内径6.5cm的铜筒电极。激励电路如图4所示，C1′＝C1″＝10.1nF。C2＝4.95nF当电源的输出功率在10KW以上，脉冲重复率为5KHz时，激光器510.6nm和578.2nm绿色和黄色二波长处的激光平均输出功率达到110瓦，绿光与黄光的份量之比为2∶1，每个激光脉冲的脉宽为40ns，峰值功率大于500KW。
权利要求
1.一种高功率铜蒸气激光器，包含激光头、激光谐振腔和激励电路，激光头的结构是在内置铜粒(15)两端有放电电极(11)的激光放电管(9)的外围并与放电管(9)同轴心置有玻璃筒(7)，放电管(9)两端的放电电极(11)分别连有阴极头(2)和阳极头(10)，阴极头(2)和阳极头(10)通过中法兰(4)和“O”形密封圈(3)分别与高压绝缘筒(5)和水冷回流套(6)相连；激光谐振腔是由置于激光头两端的凹面全反射镜(1)和输出平面镜(13)所构成；所用的激励电路包含直流高压电源HV，含有闸流管Th的共振充电回路和放电回路，其特征在于在激光头中，放电管(9)连同两端放电电极(11)与玻璃筒(7)之间是单一定形绝缘介质层(17)，玻璃筒(7)与高压绝缘筒(5)连同水冷回流套(6)之间是大气层(18)；在激励电路中共振充电回路与放电回路之间连有含有辅助磁芯线圈SR0的LC反转回路，在放电回路中串有磁脉冲压缩器SR1。
2.依照权利要求1的铜蒸气激光器，其特征在于置于放电管(9)连同两端放电电极(11)与玻璃管(7)之间的单一定形绝缘介质层(17)是中间薄两端厚的介质层。
全文摘要
一种高功率铜蒸气激光器,输出激光束平均功率超过百瓦。激光器的激光头中,激光放电管连同两端放电电极与置于放电管同轴心外围的玻璃筒之间是中间薄两端厚的单一定形绝缘介质层,玻璃筒与水冷回流套之间是大气层。激励电路中在含有闸流管的共振充电回路与串有磁脉冲压缩器放电回路之间连有LC反转回路。整体激光器结构简单,无介质对环境污染,对操作人员无损害,光电转换效率至少提高20%。
文档编号H01S3/00GK1177852SQ9611651
公开日1998年4月1日 申请日期1996年9月25日 优先权日1996年9月25日
发明者陶永祥, 尹宪华, 陈林, 杨燕 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所