一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器制造技术

本发明专利技术提供一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，该激光器包括设置在金属真空腔内的金属板条波导气体放电结构和光学谐振腔，板条波导气体放电结构包括平行设置的上电极和下电极，下电极固定设置在金属真空腔底面的衬托上；其改进之处在于，上电极和下电极为结构相同的截面分别为倒“山”和“山”字形的三个凸台高度相同的电极，其中间的为波导放电凸台，两侧的为基座，其间的凹陷部分为裙边；上电极和下电极对称设置，其基座之间竖直设置支撑件。和现有技术比，本发明专利技术提供的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，构造简约紧凑，提高了放电的均匀性、稳定性及输出激光功率的平稳度，零部件加工装配更容易，制造成本更低廉，便于批量生产。

Cantilever support one-dimensional slab waveguide gas laser

A cantilever support type one-dimensional waveguide gas laser of the invention, the laser comprises a vacuum chamber is arranged in a metal metal waveguide gas discharge structure and optical cavity, waveguide gas discharge structure includes upper and lower electrodes arranged in parallel, the lower electrode is fixedly arranged on the bottom surface of the metal foil vacuum cavity; it is improvement in the upper and lower electrodes for the same section of the structure are respectively three convex inverted \mountain\ and \mountain\ shape of the same height of the electrode, the discharge waveguide bosses on both sides of the base, which is part of the sag skirt; upper and lower electrodes are symmetrically arranged. The base vertically arranged between the support member. Compared with the prior art, the invention provides a cantilever supporting type one-dimensional waveguide gas laser, simple and compact structure, improve the discharge uniformity, stability and the stability of the output laser power, parts processing and assembly manufacturing easier, cheaper, convenient batch production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种板条波导气体激光器，具体讲涉及一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器。
技术介绍
自上世纪60年代激光器问世以来，CO2激光器一直扮演着重要角色，特别是用于气体放电的波导结合射频横向激励扩散冷却方式，催生了新一代大功率连续输出、高光束质量、高性价比的气体激光器---射频激励扩散冷却金属板条波导CO2激光器。半个世纪以来，板条波导气体激光器件制造技术经历了全陶瓷、金属陶瓷夹心、全金属结构的演变过程，并由面增比、体增比、二维发展至一维，本专利技术人研究、观察、分析现有技术的基础上发现，这一现有技术仍存在如下缺陷：一是一维波导的支撑结构复杂，零部件加工、装配不便，支撑材料价格较昂贵且用量大，不经济；二是支撑方式不合理，若用悬吊(挂)支撑方式，很难保证大面积放电面之间的平行度，造成波导间距悬吊(挂)不均匀；若采用尺寸较大的绝缘材料作支撑侧壁垫支，这虽可简化装调，但由于支撑面积较大，无论电极板支撑部分的平面度还是垫支侧壁上下二支撑面之间的平行度都难以保证，这既使得垫支的波导间距不均匀，也影响放电的均匀性、稳定性和激光器件工作的可靠性。再者对板条波导放电结构的“动态特性”的认知有待深入，从设计上讲，关注机械结构、静态电参数多，而对其与气体电离的阻抗动态变化特性的关联度考虑不足。因此尚无一种利用结构的静态集中电参数，来平缓气体放电或电离度变化产生阻抗动态变化的剧烈程度，减弱阻抗大幅波动对射频电源的不利影响，提高放电稳定性的技术方案。此外，现有的板条波导放电结构，波导约束空间与真空腔体的完全自由空间之间要么直接相邻，要么经侧壁隔离，要么经一段“宽”波导直接过渡，这种结构缺乏更加有效的减轻气体放电等离子体热辐射，以致使真空腔体内储存的工作气体大幅升温，二端波导口的热辐射使谐振腔镜产生热型变等不利影响。显然，需要提供一种改进的一维板条波导气体激光器来克服现有技术的不足，满足技术发展的需要。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，构造简约、紧凑，可提高放电的均匀性、稳定性及输出激光功率的平稳度，使零部件加工、装配更容易，制造成本更低廉，便于批量生产。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供的一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，所述激光器包括设置在金属真空腔内的金属板条波导气体放电结构和光学谐振腔，所述板条波导气体放电结构包括平行设置的上电极和下电极，所述下电极固定设置在金属真空腔底面的衬托上；其改进之处在于：所述上电极和下电极为结构相同的截面分别为倒“山”和“山”字形的三个凸台高度相同的电极，其中间的为波导放电凸台，两侧的为基座，其间的凹陷部分为裙边；所述上电极和下电极对称设置，其基座之间竖直设置支撑件。其中，所述基座由间隔竖直设置的中空圆柱体构成。其中，所述支撑件为与所述基座匹配的中空圆柱体绝缘件。其中，所述裙边为单层或叠层结构。其中，所述基座与绝缘件的内、外径分别为3～90mm和5～100mm；所述绝缘件的高度为0.1～6mm。其中，所述波导放电凸台内设有与金属真空腔外部连接的真空隔离循环冷却水道。其中，所述上电极设有与金属真空腔外部的射频电源连接的真空隔离射频馈入部件，所述下电极接地。其中，所述波导放电凸台的顶面为波导放电面，所述波导放电面与基座的顶面位于同一水平平面。其中，所述波导放电凸台高度为2～20mm；所述波导放电面宽度为1～600mm。其中，所述上电极和下电极的基座之间设置的绝缘件的高度确定波导放电间距为0.1～6mm。其中，所述上电极和下电极的基座之间设置的绝缘件构成支撑电容，并与所述上电极和下电极的波导放电面之间构成的波导电容并联形成静态电容C0。其中，所述板条波导气体放电结构沿电极两侧采用非对称阻抗匹配方式设置，其中一侧为放电结构的输入端，不设置匹配电感，另一侧为放电结构的传输终端，设置匹配电感；所述传输终端的阻抗相对输入端呈低阻；射频激励能量从输入端馈入，以传输线方式横向通过波导，到达传输终端，电离波导放电区域内的气体，实现二维功率匹配型的射频放电。其中，所述输入端每一基座的两侧对称设置一对匹配电感，每对之间等距；所述上电极和下电极两端最外侧分别设置一个匹配电感，形成静态电感L0，与所述静态电容C0共同作用，使放电结构产生一个固有振荡频率f0，其频率量级与激励射频相同，便于采用或者主振放大，或者自激振荡激励方式实现射频功率馈入。其中，所述光学谐振腔包括分别设置在衬托上并位于板条波导气体放电结构两端波导口的前输出镜和后反射镜，所述金属真空腔的侧壁设有输出激光束的真空封隔窗口。与最接近的现有技术比，本专利技术提供的技术方案具有以下优异效果：1、本专利技术提供的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，无论零部件加工还是装配都得到了极大简化，易于加工，结构紧凑、简约，无需复杂的安装调试，大幅度节省了制造成本，便于批量生产。2、可以确保证波导放电面的最佳平行度和波导间距的精确度，提高了放电均匀性及稳定性，极大地提高了激光器件的可靠性。3、本专利技术提供的技术方案中的波导的“一维”构造简约，“支撑点”式的悬臂式支撑彻底消除了气体放电区域即光谐振放大区域二侧边界一定范围内的障碍，彻底克服了二维波导模效应对输出激光强度空间分布调制的不利影响，提高了输出光束的质量；并且相对“条状”侧壁支撑的一维波导，相邻支撑基座之间留有较大间隙，有利于工作气体扩散交换。4、本专利技术提供的技术方案中的波导放电空间不再直接突变到完全自由空间，而是经过一个由悬臂支撑形成的裙边区域过渡，除形成波导的一维性外，还可大幅减低等离子体热辐射升高完全自由空间区域储备工作气体温度的不利影响；波导两侧裙边过度区设置的支撑基座，进一步阻挡了热辐射，此效果比悬吊(挂)支撑的全开放裙边过渡区效果更佳。5、此外，本专利技术提供的技术方案中的电极板两端的短裙边还能够有效降低等离子体热辐射对置于波导口处谐振腔镜的影响，有效减轻了金属镜片的热形变，提高了输出光束的质量。6、本专利技术提供的技术方案中的支撑结构形成的“支撑”电容与放电波导形成的“波导”电容并联，能改善放电阻抗特性，减轻对电源的不利影响，使激光器件工作更可靠。附图说明图1是：本专利技术提供的板条波导气体放电构件的结构示意图；图2是：本专利技术提供的设置匹配电感后的板条波导气体放电构件的正视图；图3是：本专利技术提供的设置匹配电感后的板条波导气体放电构件的侧视图；图4是：本专利技术提供的上电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，所述激光器包括设置在金属真空腔内的金属板条波导气体放电结构和光学谐振腔，所述板条波导气体放电结构包括平行设置的上电极和下电极，所述下电极固定设置在金属真空腔底面的衬托上；其特征在于：所述上电极和下电极为结构相同的截面分别为倒“山”和“山”字形的三个凸台高度相同的电极，其中间的为波导放电凸台，两侧的为基座，其间的凹陷部分为裙边；所述上电极和下电极对称设置，其基座之间竖直设置支撑件。

【技术特征摘要】
1.一种悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，所述激光器包括设置在金属真空腔内的金
属板条波导气体放电结构和光学谐振腔，所述板条波导气体放电结构包括平行设置的上电极
和下电极，所述下电极固定设置在金属真空腔底面的衬托上；
其特征在于：所述上电极和下电极为结构相同的截面分别为倒“山”和“山”字形的三
个凸台高度相同的电极，其中间的为波导放电凸台，两侧的为基座，其间的凹陷部分为裙边；
所述上电极和下电极对称设置，其基座之间竖直设置支撑件。
2.如权利要求1所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述基座由
间隔竖直设置的中空圆柱体构成。
3.如权利要求2所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述支撑件
为与所述基座匹配的中空圆柱体绝缘件。
4.如权利要求1所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述裙边为
单层或叠层结构。
5.如权利要求3所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述基座与
绝缘件的内、外径分别为3～90mm和5～100mm；所述绝缘件的高度为0.1～6mm。
6.如权利要求1所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述波导放
电凸台内设有与金属真空腔外部连接的真空隔离循环冷却水道。
7.如权利要求1所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述上电极
设有与金属真空腔外部的射频电源连接的真空隔离射频馈入部件，所述下电极接地。
8.如权利要求5所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光器，其特征在于，所述波导放
电凸台的顶面为波导放电面，所述波导放电面与基座的顶面位于同一水平平面。
9.如权利要求8所述的悬臂支撑式一维板条波导气体激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志远，邬江兴，王伟平，张宁，邬东建，王蓓，
申请(专利权)人：北京礴德恒激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11