大功率气体激光器的构建方法及装置制造方法及图纸

一种大功率气体激光器的构建方法，也即一种构建大功率氦氖激光器或大功率二氧化碳激光器或大功率一氧化碳激光器的方法，是用石英或玻璃管作放电管，将多根放电管进行折迭组合，使用折迭腔和二镜腔，放电管内气体激光介质经放电激励后在各谐振腔的作用下，最后激光从输出镜输出，当放电管内为Ｈｅ、Ｎｅ气体混合物并各腔镜的反射和透射是针对０．６３２８μｍ波长的，则输出氦氖激光，当放电管内为ＣＯ↓［２］、Ｎ↓［２］、Ｈｅ气体混合物并各腔镜的反射和透射是针对１０．６μｍ波长的，则输出二氧化碳激光，当放电管内为ＣＯ、Ｎ↓［２］、Ｈｅ气体混合物并各腔镜的反射和透射是针对５．３μｍ波长的，则输出一氧化碳激光，其特征在于多根石英或玻璃放电管构成三维或二维轴对称折迭组合，每对折迭管具有自身的折迭谐振腔，轴上置一单根石英或玻璃放电管并有自己的二镜谐振腔，所有谐振腔共用一个输出镜，所有放电管的中心线和所有放电管内的气体激光束的束轴线均于输出镜内表面中心交于一点，输出光束集中且由输出镜内表面中心点以轴对称形式射出，经光学会聚镜变换便获得平行光束或会聚光束或发散光束。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学和光学工程领域，主要是由放电管折迭组合式配置和放电激励来获得大功率气体激光的方法及装置。本专利技术所指大功率气体激光器为氦氖激光器或二氧化碳激光器或一氧化碳激光器。大功率氦氖激光应用于光学、生物学、医学等领域，特别是可应用于光生物与光医学及其它光与物质相互作用的领域，例如它可以满足光致生物遗传变异、激光治疗对大功率的要求，而在一些不特别要求高功率密度的光生物及医学应用中则给出高效率的显著优势。大功率二氧化碳激光器主要用于激光切割、打孔、焊接、热处理等加工工程，是激光加工中最重要的器件之一。此外它也是光化学的重要光源之一。大功率一氧化碳激光器也主要用于激光加工，它比二氧化碳激光的波长短一半，可得到更小直径的会聚光束，且具有很高的加工效率，有现有光纤可传输它，而使其更易用于各种复杂环境的加工。此外它还是光化学、激光分离同位素的重要光源之一。
技术介绍
氦氖激光器是世界上最早问世的原子气体激光器，放电管为圆管，放电采用直流放电。这种圆管氦氖激光器成为最为通用的器件，一般情况下在0.6328μm波长处一米放电管的理想输出可达50mW，且每米长度输出功率与其管径基本无关，因为虽然激活区随管径的平方增大，但其增益系数和最佳总气压均反比于管径。为了提高其输出，人们采用了射频放电和微波放电激励，但其增益系数一般均未超过直流放电激励，或与直流放电的接近。因此为了提高输出，人们采用的方法是增加放电管的长度，如果太长则采用折迭方式工作。由于这种折迭是通过每两段放电管间的反射镜完成的，我们可以称其为光学上串连式折迭。其缺点是显而易见的，当折迭次数多时对其调整和各反射镜的封贴都会提出很苛刻的要求。一旦一镜偏离正常位置，整个器件便不能正常工作。为了减小器件的长度，中国凌一鸣等专利技术了矩形放电管氦氖激光器，将原圆管每米50mW的输出水平提高为每米70-80mW输出，一般运转于高阶横模情况，其缺点是每米输出仍受长度限制。当然，为获得大功率输出，人们也可采用多个圆管或矩管独立器件的组合式结构，即采用反射镜或光纤耦合的方式将各独立激光器输出光聚集到一起的方法来获取大功率激光，但这种结构的缺点是装置过于庞大松散。二氧化碳激光器是世界上最早问世的分子气体激光器，放电管也为圆管，但需采用冷却措施，一般采用方便的水冷却，放电采用直流放电。这种器件一米放电管可输出40W左右。人们采用增加放电管长度来提高输出功率。如果太长也采用折迭方式工作，同时也采用多个独立器件组合或多管平行组合公用一平行平面腔结构，前两种结构的缺点与类似的氦氖激光器的相似，后一种结构看似简单实际技术难度很高，人们也采用让气体在放电管内快速流动方式的轴流型结构，固然单位长度输出大幅提高，但气体循环系统庞大复杂，耗电，耗气量大。人们也采用射频或微波放电激励获得二氧化碳激光，但输出与相应结构的直流放电的相当。一氧化碳激光器是继二氧化碳激光器之后又一十分重要的分子气体激光器件，它在水冷条件下工作与二氧化碳激光器的情况接近。一般在室温下获得的输出都比二氧化碳激光器低。在快速轴流工作时一般采用液氮冷却可获大功率输出，其结构很复杂，液氮和高纯气体消耗量很大。人们也采用射频，微波放电激励，但输出与相应结构直流放电的相当。
技术实现思路
本专利技术正是针对氦氖激光器、二氧化碳激光器、一氧化碳激光器之大功率器件的缺点而提出的，提供一种多根石英或玻璃放电管轴对称折迭组合型气体激光器。它给出一个合理的多放电管结构和一个合理的腔结构，是一种折迭次数少，长度短，增益区域大，结构紧凑、科学、输出集中且其光束便于光学变换与传输的大功率气体激光器的构建方法及装置。本专利技术的目的是由以下所述的措施实现的。多根放电管轴对称折迭组合型气体激光器的构建方法是系统的对称轴上置放一单一石英或玻璃放电管，其管心线位于系统对称轴线，每对对称折迭的放电管之管心线处于同一圆锥面上，按顶角由小到大可分为第一圆锥面，第二、第三圆锥面等，这些锥面以系统对称轴线为唯一的公共对称轴线并有唯一的公共顶点，因此可同时在有不同顶角大小的锥面上置放较多的放电管，一般情况下选择一个有合适顶角的圆锥面即可放置较多的放电管。对称轴上之单管一端贴全反射镜，在距另一端某一距离的圆锥面顶点处安装部分反射并部分透射的输出镜，它是整个组合式结构的唯一输出镜，也即各放电管的公用输出镜，此输出镜反射镜面之中心点为所有轴对称折迭管中心线之公共交点。在轴上单管贴全反射镜的同一端，对称折迭管的端口均贴全反射镜。在靠近输出镜的一端，轴上单管和所有折迭管管口均不贴镜片。用一个较粗的石英或玻璃管密封性地将它们连接起来，同时保持这些管的通光通气性能，此较粗管的另一端则恰好可贴输出镜。对称轴上单管端的全反射镜和输出镜构成该管的谐振腔，每对对称折迭管两端的全反射镜和光路折迭点的输出镜构成各对折迭管的折迭谐振腔。放电管分别采用方便的直流放电，或经管外电极进行射频或微波放电。在放电的激励下，放电管内的气体激光介质受到激励，在各谐振腔的作用下，大功率激光从公用输出镜输出。当管内气体为He、Ne混合气，各镜的反射或透射是针对0.6328μm波长的，则输出氦氖激光，当管内气体为CO2、N2、He混合气体，各镜反射或透射是针对10.6μm波长的，放电管经水冷，则输出二氧化碳激光，当管内气体为CO、N2、He混合气，各镜反射或透射是针对5.3μm波长的，放电管经水冷或液氮冷却，则输出一氧化碳激光。因为折迭的方式科学，成对的折迭管可以较多，每一折迭谐振腔内仅含一次折迭，光束的集中由公共交点确保，输出由一镜承担，故可达到本专利技术的目的。其要点在于多根放电管的成对轴对称折迭，所有放电管的中心线与轴上放电管中心线交于一点，共用一个输出镜。本构建方法及装置可以由附附图说明图1和附图2加以说明。附图1说明多个放电管三维立体地位于一个圆锥面的轴对称折迭组合型气体激光器的构建方法及装置，附图2则说明属于轴对称折迭组合型的二维轴对称折迭组合型的气体激光器的构建方法及装置。附图1说明附图1为本专利技术大功率气体激光器的结构示意图。下面结合附图1及工作原理对本专利技术进一步详细说明。附图1中位于对称轴上的石英或玻璃放电管编号为0，位于对称轴旁的石英或玻璃放电管的编号为1、2、3、4、5、6、7、8，管1与管2、管3与管4、管5与管6、管7与管8分别为一对对称折迭管。图中管0、1、2、3、4、5、6、7、8的左端口分别贴封全反射镜，所贴全反射镜的编号依次为9、10、11、12、13、14、15、16、17。图中放电管0-8的阳极27、28、29、30、31、32、33、34、35分别离该管左端口右5cm处与管连接。管0-8的右端端口18、19、20、21、22、23、24、25、26与一粗石英或玻璃连接管37的左端带有和各放电管端口外缘一一对应小孔的圆底38密封性地连接，放电管右端口的外缘间距为1.2mm以上。管37的中部位置下部与石英或玻璃管40连接，管40可容纳较长、较大的总放电阴极36。粗管的另一端贴有激光输出镜39。41为一会聚镜，可根据需要选择焦距。42为支撑架，其中两个带孔的圆盘(a)、(b)控制各管对称分布及管0的位置。放电管0、1、2、3、4、5、6、7、8和管37、40内充有作为激光增益介质的高纯气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李育德，陈梅，刘静伦，郭俊平，匡一中，杨元杰，张力军，华长生，李重，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：