专利名称：一种一维板条波导气体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种一维板条波导气体激光器。
背景技术：
射频横向气体放电技术与光学波导技术的结合，推动了波导CO2激光器技术的迅速发展。在过去的十几年里，射频横向激励单波导CO2激光器技术经历了从全陶瓷波导结构、陶瓷与金属夹心波导结构到全金属波导结构的发展过程.在全陶瓷波导结构中(见图1a)，方形波导是由陶瓷侧壁33和陶瓷夹板34构成，置于二个金属电极32之间，高频电源31连接两个金属电极32，放电激励在波导内形成一增益通道区。全陶瓷波导结构的优点是光波损耗小。随着波导CO2激光器技术的发展，为了提高增益冷却效果及降低成本和简化结构，陶瓷与金属夹心波导结构被提了出来，在陶瓷与金属夹心波导结构中(见图1b)，方形波导是由陶瓷侧壁33和二个金属电极32构成，高频电源31连接两个金属电极32，放电激励在波导内形成一增益通道区。为了更进一步降低器件成本以及易模块化生产，1988年美国Synrad公司提出一种射频激励大口径全金属通道CO2激光器技术(见图1c)。在这种技术中，波导通道是由两个表面绝缘层的金属侧壁36和两个表面绝缘层的金属电极37构成的，表面绝缘层的金属侧壁36与金属外壳35连接，表面绝缘层的金属电极37与高频电源31连接，上下表面绝缘层的金属电极37相位差180度，形成四电极放电形式。1991年北京理工大学的辛建国等人研构成一种射频横向二电极放电激励全金属波导结构CO2激光器技术(见图1d).在这种结构中，上下金属电极32和表面绝缘层的金属侧壁36均为铝合金，在表面绝缘层的金属侧壁36与上下金属电极32间留有厚0.1mm的气体间隙，金属电极32与高频电源31连接，根据气体放电的巴邢原理和电压分压原理，在极小气体间隙间的气体击穿电压较高，并且该结构中气体间隙间的电压仅为金属电极32间电压的二分之一，因而适当设计波导通道口径尺寸，可将气体放电激励限制在波导通道内。
但到目前为止，国内外所报道的面增比板条波导射频激励扩散型冷却CO2激光器均采用的如图1b所示的金属与陶瓷夹心结构。采用该结构，在波导横截面上，平行于电极面和垂直于电极面的光波场均为驻波场，是波导模。现有的板条波导激光器结构是二维波导结构。在现有的板条波导结构中，在波导横截面的平行于电极方向上产生高阶波导模效应，使得激光输出光束强度分布在该方向产生调制现象，进而影响了光束质量。
发明内容
本发明目的在于改进现有技术之缺点，提供一维板条结构的一种一维板条波导气体激光器，为实现上述目的，本发明采取以下设计方案本发明由金属上电极，金属下电极和陶瓷绝缘支撑块构成板条波导气体放电区，即激光增益区。金属下电极置于金属托板之上。金属托板与金属真空腔内壁紧密接触。在金属上电极和金属托板之间至少有2个真空陶瓷块，电绝缘隔离金属上电极和金属下电极。金属衬板与金属上电极和金属压板之间有至少2个陶瓷绝缘与金属上电极和金属压板间形成电绝缘隔离。金属压板和金属真空腔内壁接触。金属上电极与电极连接杆连接，电极连接杆穿过真空隔离绝缘衬套与金属真空腔外的电源相连。
本发明具有的优点本发明的一维板条波导激光器结构，无波导侧壁，从原理上消除了在波导横截面的平行于电极方向上产生的高阶波导模效应，使得激光输出光束强度分布在该方向不再产生调制现象，从而提高了激光输出光束质量。利用射频气体放电激励，可形成板条型激光增益体积，与光学谐振腔结合，可获得有效的激光功率输出。
图1.气体激光器中现有波导结构示意2A.一维板条波导结构横截面示意2B.一维板条波导结构横截面示意2C.一维板条波导结构横截面示意3A.全金属板条波导结构纵向截面示意3B.全金属板条波导结构纵向截面示意3C.全金属板条波导结构纵向截面示意4.板条状增益区与离轴虚共焦非稳腔的组合示意图
具体实施例方式实施例1如图2和图3所示，金属上电极1，金属下电极2和真空陶瓷绝缘支撑块3构成板条波导气体放电区12(高H为0.2毫米，宽W为2毫米)，即激光增益区。金属下电极2置于金属托板4之上。金属托板4与金属真空腔11内壁紧密接触。在金属上电极1和金属托板4之间沿电极纵向方向两边至少有2个真空陶瓷绝缘支撑块3，电绝缘隔离金属上电极1和金属下电极2。金属衬板5与金属上电极1和金属压板6之间通过沿电极纵向方向的至少2个陶瓷绝缘垫片7(厚0.1-6毫米)与金属上电极1和金属压板6间形成电绝缘隔离。金属压板6和金属真空腔11内壁紧密接触。金属上电极1与电极连接杆9连接，电极连接杆9穿过真空隔离绝缘衬套10与金属真空腔11外的电源相连。
光学谐振腔输出镜片13安装于输出镜片金属固定架14内，输出镜片金属固定架14通过输出镜架金属调节螺杆16与输出镜架金属调节支撑架15相连接，输出镜架金属调节支撑架15固定在金属托板4上(如图3所示)。光学谐振腔后反馈镜片17安装于后反馈镜片金属固定架18内，后反馈镜片金属固定架18通过后反馈镜架金属调节螺杆20与后反馈镜架金属调节支撑架19相连接，后反馈镜架金属调节支撑架19固定在金属托板4上。激光输出窗口21真空封接在真空腔11前端面板上(如图3所示)。
金属上电极1、金属下电极2、真空陶瓷绝缘支撑块3、金属托板4、金属衬板5、金属压板6、输出镜片金属固定架14、后反馈镜片金属固定架18、输出镜架金属调节支撑架15和后反馈镜架金属调节支撑架19均由防锈铝合金构成，陶瓷绝缘垫片7由Al2O3真空瓷构成，电极连接杆9和匹配电感8由金属铜构成，金属真空腔11由铝合金铸件构成，输出镜架金属调节螺杆16和后反馈镜架金属调节螺杆20由铜合金构成。
实施例2金属上电极1长L1为386毫米，宽W1为40毫米和高H1为20毫米。金属下电极2长L2为386毫米，宽W2为20毫米和高H2为18毫米。真空陶瓷绝缘支撑块3长L3为386毫米，宽W3为9毫米和高H3为20毫米。金属托板4长L4为486毫米，宽W4为80毫米和高H4为19.8毫米。金属衬板5长L5为386毫米，宽W5为30毫米，高H5为15毫米。金属压板6长L6为386毫米，宽W6为30毫米，高H6为15毫米。陶瓷绝缘垫片7是直径为8毫米，厚度为0.1毫米的圆形薄片。金属真空腔12长L7为500毫米，外宽W7为110毫米，外高H7为110毫米，内宽W8为90毫米，内高H8为90毫米。
光学谐振腔是一个离轴虚共焦非稳腔，光学谐振腔输出镜片14是一个离轴凸面反射镜，曲率半径r为3280毫米；光学谐振腔后反馈镜片18是一个离轴凹面反射镜，曲率半径R为4100毫米；光学谐振腔腔长Lg为410毫米(见图4)。
沿金属上电极1长度方向，在金属上电极1和金属托板4之间连接至少有2个匹配电感8，将由金属上电极1、金属下电极2、真空陶瓷绝缘支撑块3、金属托板4、金属衬板5、金属压板6、陶瓷绝缘垫片7、匹配电感8和电极连接杆9构成的组件固定于金属真空腔11内，以此形成一个高H为2毫米，宽W为20毫米的一维全金属板条波导气体放电区12(见图2和图3)。
通过从电极连接杆9输入射频功率，在一维全金属板条波导气体放电区12产生射频气体放电激励，可形成板条型激光增益体积，与光学谐振腔结合(见图4)，可获得有效的激光功率输出。
实施例3金属上电极1的形状为两侧成凹平台、中间成凸平台构成，在金属上电极1的两侧边凹平台和金属下电极2之间沿电极纵方向置放至少2个真空陶瓷绝缘支撑块3，使金属上电极1和金属下电极2之间形成电绝缘隔离。其他结构同实施例2或实施例1。
实施例4金属上电极1的形状为两侧成凹平台、中间成凸平台构成〔见图2C〕，在金属上电极1的两侧边凹平台和金属托板4之间沿电极纵方向置放至少2个真空陶瓷绝缘支撑块3，使金属上电极1和金属下电极2之间形成电绝缘隔离。其他结构同实施例2或实施例1。
实施例5金属上电极1，金属下电极2和陶瓷绝缘支撑块3构成板条波导气体放电区12(高H为0.8毫米，宽W为20毫米)，即激光增益区。其他结构同实施例2或实施例1。
实施例6金属上电极1，金属下电极2和陶瓷绝缘支撑块3构成板条波导气体放电区12(高H为8毫米，宽W为500毫米)，即激光增益区。其他结构同实施例2或实施例1。
实施例7金属下电极2与金属托板4可构成一部件，即金属下电极2与金属托板4成为单一部件。
权利要求
1.一种一维板条波导气体激光器，其特征在于由金属上电极，金属下电极和真空陶瓷绝缘支撑块构成板条波导气体放电区，即激光增益区，金属下电极置于金属托板之上，金属托板与金属真空腔内壁紧密接触，在金属上电极和金属托板之间至少有2个真空陶瓷绝缘支撑块，电绝缘隔离金属上电极和金属下电极，金属衬板与金属上电极和金属压板之间有至少2个陶瓷绝缘与金属上电极和金属压板间形成电绝缘隔离，金属压板和金属真空腔内壁接触，金属上电极与电极连接杆连接，电极连接杆穿过真空隔离绝缘衬套与金属真空腔外的电源相连。
2.根据权利要求1所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于在金属上电极和金属托板之间连接至少2个电感。
3.根据权利要求1或2所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于光学谐振腔输出镜片安装于输出镜片金属固定架内，输出镜片金属固定架通过输出镜架金属调节螺杆与输出镜架金属调节支撑架相连接，输出镜架金属调节支撑架固定在金属托板上，光学谐振腔后反馈镜片安装于后反馈镜片金属固定架内，后反馈镜片金属固定架通过后反馈镜架金属调节螺杆与后反馈镜架金属调节支撑架相连接，后反馈镜架金属调节支撑架固定在金属托板上，激光输出窗口真空封接在真空腔前端面板上。
4.根据权利要求1或2所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于激光增益区的高H为0.2-8毫米，宽W为2-500毫米。
5.根据权利要求3所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于激光增益区的高H为0.2-8毫米，宽W为2-500毫米。
6.根据权利要求4所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于沿金属上电极长度方向，在金属上电极和金属托板之间连接匹配电感，在金属上电极和金属托板之间沿电极纵向方向两边有真空陶瓷块，金属衬板与金属上电极和金属压板之间通过沿电极纵向方向的陶瓷绝缘垫片与金属上电极和金属压板间形成电绝缘隔离。
7.根据权利要求5所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于沿金属上电极长度方向，在金属上电极和金属托板之间连接匹配电感，在金属上电极和金属托板之间沿电极纵向方向两边有真空陶瓷块，金属衬板与金属上电极和金属压板之间通过沿电极纵向方向的陶瓷绝缘垫片与金属上电极和金属压板间形成电绝缘隔离。
8.根据权利要求1或2所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于金属上电极的形状为两侧成凹平台、中间成凸平台构成，在金属上电极的两侧边凹平台和金属下电极之间沿电极纵方向置放至少2个真空陶瓷绝缘支撑块，使金属上电极和金属下电极之间形成电绝缘隔离。
9.根据权利要求1或2所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于金属上电极的形状为两侧成凹平台、中间成凸平台构成，在金属上电极的两侧边凹平台和金属托板之间沿电极纵方向置放至少2个真空陶瓷绝缘支撑块，使金属上电极和金属下电极之间形成电绝缘隔离。
10.根据权利要求3所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于金属上电极的形状为两侧成凹平台、中间成凸平台构成，在金属上电极的两侧边凹平台和金属下电极之间沿电极纵方向置放至少2个真空陶瓷绝缘支撑块，使金属上电极和金属下电极之间形成电绝缘隔离。
11.根据权利要求3所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于金属上电极的形状为两侧成凹平台、中间成凸平台构成，在金属上电极的两侧边凹平台和金属托板之间沿电极纵方向置放至少2个真空陶瓷绝缘支撑块，使金属上电极和金属下电极之间形成电绝缘隔离。
12.根据权利要求11或12所述的一种一维板条波导气体激光器，其特征在于金属下电极与金属托板可构成一部件。
全文摘要
一种一维板条波导气体激光器，由金属上电极，金属下电极和金属支撑块构成板条波导气体放电区，在金属上电极和金属托板之间连接电感，金属下电极置于金属托板之上。金属托板与金属真空腔内壁接触。在金属上电极和金属托板之间有真空陶瓷块，电绝缘隔离金属上电极和金属下电极。金属压板和金属真空腔内壁接触。金属上电极与电极连接杆连接。光学谐振腔输出镜片、光学谐振腔后反馈镜片固定在金属托板上。激光输出窗口真空封接在真空腔前端面板上。本发明的优点无波导侧壁，从原理上消除了在波导横截面的平行于电极方向上产生的高阶波导模效应，使得激光输出光束强度分布在该方向不再产生调制现象，从而提高了激光输出光束质量。
文档编号H01S3/22GK1870362SQ20061008934
公开日2006年11月29日 申请日期2006年6月21日 优先权日2006年6月21日
发明者辛建国, 张志远, 邬江兴, 王伟平 申请人:北京礴德恒激光科技有限公司