一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统的制作方法

本发明属于激光器领域，涉及等离子体激光泵浦技术，具体是一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统。

背景技术：

1、惰性气体激光装置是一种以惰性气体作为工作介质的激光泵浦装置，通过将气体原子激发至高能级，而原子从高能级跃迁至低能级时可产生特征谱线。惰性气体激光泵浦装置化学性质稳定无害，也可避免固体工作介质所产生的热效应，有望成为具有高总转换效率和高光束质量的潜在新型高功率激光泵浦装置。然而传统的惰性气体激光泵浦装置存在效率低、能耗高且热管理困难等问题，在高功率工作时，其能量转化效率不高，并且产生的大量热量难以有效散除，导致设备寿命缩短。同时，基于激光器固有结构限制与气体原子的自吸收效应，气体激光器的输出光子数不足，且气体放电溅射至透光窗片导致窗片透光率降低。

2、因此，需要一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本发明提出了一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，以实现节能高效、自冷却以及延长使用寿命的功能。本发明通过设置包括密闭腔以及激光谐振腔的光学谐振腔单元、包括等离子体射流装置和半导体激光装置的双重激励单元以及根据等离子体射流装置所喷出气体量对密闭腔进行抽气的循环稳压单元，借助双重激励单元对工作介质进行双重激励，显著提高了能量转换效率和光束质量，并使激光系统在较低启动电压的情况下即可稳定输出高密度等离子体，提升了系统的整体性能；并且，通过借助循环稳压单元，以实现密闭腔内气压的稳定控制，确保系统在理想工作条件下运行，故相较于传统气体激光器，该设计有效减少了激光系统对气压波动的敏感性，提供了更可靠的激光输出，并在该过程中能够令激光系统在密闭腔内运行所形成的热量通过循环稳压单元排出，即循环稳压单元还起到了气体循环的作用，以有效散出大量热量，达到有效延长激光系统使用寿命的目的。

2、为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，包括光学谐振腔单元、双重激励单元、能源供应单元、循环稳压单元以及激光检测单元；

3、所述光学谐振腔单元包括密闭腔以及支撑在密闭腔内的激光谐振腔；

4、所述双重激励单元包括与所述密闭腔密封连接的等离子体射流装置和半导体激光装置，所述等离子体射流装置用于在所述激光谐振腔的中部形成射流区，所述半导体激光装置用于对所述射流区内激光增益介质进行泵浦；

5、所述能源供应单元用于对所述等离子体射流装置提供工作介质以及用于提供满足等离子体放电的电场条件；

6、所述循环稳压单元与所述密闭腔连通，用于根据所述等离子体射流装置所喷出的气体量，对所述密闭腔进行抽气，使所述密闭腔内环境始终处于稳压状态；

7、所述激光检测单元设置在所述光学谐振腔单元的外部，用于测量由所述激光谐振腔所输出激光的输出功率。

8、进一步的，所述激光谐振腔包括一侧通过连接件与所述密闭腔固定连接的腔体、布儒斯特窗片、全反射凹透镜以及全反射凸透镜；

9、所述腔体与所述密闭腔连通；

10、所述布儒斯特窗片设置在所述腔体内部，且位于远离所述连接件的一侧；

11、所述全反射凹透镜以及所述全反射凸透镜置于所述腔体的内腔两侧；

12、其中，所述全反射凸透镜置于所述布儒斯特窗片的中间位置。

13、进一步的，所述全反射凸透镜朝向所述布儒斯特窗片一侧的面积为所述布儒斯特窗片透光面积的五分之一至三分之一之间。

14、进一步的，所述布儒斯特窗片设置为熔融石英材质，且所述布儒斯特窗片的布儒斯特角设置为40°-50°。

15、进一步的，所述密闭腔靠近所述布儒斯特窗片的一侧设置为保护镜片；

16、所述激光检测单元用于检测依次穿过所述布儒斯特窗片以及所述保护镜片的激光。

17、进一步的，所述等离子体射流装置的所述工作介质为氩气、氦气以及上述气体的混合物；

18、所述等离子体射流装置的工作气压为1atm；

19、所述等离子体射流装置的射流速度为1lmin–1；

20、所述等离子体射流装置的脉冲电压峰值以及脉冲频率分别为1.8kv和10khz；

21、所述半导体激光装置的中心波长设置为811.5nm，且所述半导体激光装置的泵浦光强度为20kwcm–2。

22、进一步的，所述工作介质为氩气和氦气组成后的混合物；

23、其中，氩气所占比例为1％-3％，氦气所占比例为97％-99％。

24、进一步的，所述能源供应单元包括基于绿电驱动的供气体系和供电体系；

25、所述供气体系以及所述供电体系均与所述等离子体射流装置连接，分别用于提供工作介质以及提供满足等离子体放电的电场条件。

26、进一步的，所述循环稳压单元设置为真空泵。

27、进一步的，所述激光检测单元包括依次设置的衰减片和激光功率计；

28、其中，所述衰减片的衰减倍数为90倍-110倍。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

30、通过设置包括密闭腔以及激光谐振腔的光学谐振腔单元、包括等离子体射流装置和半导体激光装置的双重激励单元以及根据等离子体射流装置所喷出气体量对密闭腔进行抽气的循环稳压单元，借助双重激励单元对工作介质进行双重激励，显著提高了能量转换效率和光束质量，并使激光系统在较低启动电压的情况下即可稳定输出高密度等离子体，提升了系统的整体性能。

31、并且，通过借助循环稳压单元，以实现密闭腔内气压的稳定控制，确保系统在理想工作条件下运行，故相较于传统气体激光器，该设计有效减少了激光系统对气压波动的敏感性，提供了更可靠的激光输出。

32、此外，循环稳压单元在抽取的过程中能够令激光系统在密闭腔内运行所形成的热量通过循环稳压单元排出，即循环稳压单元还起到了气体循环的作用，故可有效散出大量热量，以降低系统在运行过程中的过热风险，达到有效延长激光系统使用寿命的目的。

33、进一步的，通过设置包括基于绿电驱动的供气体系和供电体系的能源供应单元，使得等离子体射流装置运行时，能够促进可再生能源的就地消纳，节约电能消费，助力碳中和目标。

技术特征：

1.一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，包括光学谐振腔单元、双重激励单元、能源供应单元、循环稳压单元以及激光检测单元；

2.根据权利要求1所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述激光谐振腔(2)包括一侧通过连接件与所述密闭腔(1)固定连接的腔体(21)、布儒斯特窗片(22)、全反射凹透镜(23)以及全反射凸透镜(24)；

3.根据权利要求2所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述全反射凸透镜(24)朝向所述布儒斯特窗片(22)一侧的面积为所述布儒斯特窗片(22)透光面积的五分之一至三分之一之间。

4.根据权利要求2所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述布儒斯特窗片(22)设置为熔融石英材质，且所述布儒斯特窗片(22)的布儒斯特角设置为40°-50°。

5.根据权利要求2所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述密闭腔(1)靠近所述布儒斯特窗片(22)的一侧设置为保护镜片(11)；

6.根据权利要求1所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述等离子体射流装置(3)的所述工作介质为氩气、氦气以及上述气体的混合物；

7.根据权利要求6所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述工作介质为氩气和氦气组成后的混合物；

8.根据权利要求1所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述能源供应单元包括基于绿电驱动的供气体系(6)和供电体系(7)；

9.根据权利要求1所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述循环稳压单元设置为真空泵(8)。

10.根据权利要求1所述的一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，其特征在于，所述激光检测单元包括依次设置的衰减片(9)和激光功率计(10)；

技术总结
本发明公开了一种基于节能射流等离子体的高效气体激光泵浦系统，包括光学谐振腔单元、双重激励单元、能源供应单元、循环稳压单元以及激光检测单元；光学谐振腔单元包括密闭腔以及支撑在密闭腔内的激光谐振腔；双重激励单元包括等离子体射流装置和半导体激光装置，等离子体射流装置用于在激光谐振腔的中部形成射流区；能源供应单元用于对等离子体射流装置提供工作介质以及用于提供满足等离子体放电的电场条件；循环稳压单元与密闭腔连通，使密闭腔内环境始终处于稳压状态；激光检测单元设置在光学谐振腔单元的外部。本发明涉及等离子体激光泵浦技术领域，通过上述设置，以实现节能高效、自冷却以及延长使用寿命的功能。

技术研发人员：徐少军,秦瑞希,吴璇,王超群,邢辉,丁立健
受保护的技术使用者：合肥综合性国家科学中心能源研究院（安徽省能源实验室）
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17