横流气体激光器放电系统技术方案

本发明专利技术的横流气体激光器放电系统，其结构特征是由两块阳极板构成平直段的放电通道，带有水冷的阴极管置于此放电通道中，阴极与每块阳极板之间有一排辅助电极，辅助电极分别与阴极管和阳极板之间形成两个脉冲放电回路。采用本发明专利技术的放电系统具有气体流量大，注入功率高、能在高气压、大电流下稳定均匀地放电，在不增大激光器体积的情况下，可以获得成倍增加激光功率的输出。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于高功率横流电激发型气体激光器的放电系统。采用以专利USP3，772，610及其改进的专利CN1049575A结构为基础的放电室做成的激光器已达到五千瓦的输出。其结构的特点是利用一根管状阴极和分列的条状阳极之间的辉光放电形成放电增益区。这种管板式结构的主要问题是阴极管和阳极板之间的距离不可能很大，尤其在高气压下更受到限止。因此在不增加放电长度也就是不增加激光器的体积的条件下，放电体积不可能成倍的增加。为了进一步增加输出功率，必须增加注入功率。但由于其放电体积小，不能大幅度增加放电注入功率。增加注入功率的方法可以改用非自持放电，但这些技术和结构十分复杂。也可以用两台激光器串联，即增加放电长度以获得成倍的功率输出。这种技术结构简单，但激光器体积要增加一倍。本专利技术的目的采用带辅助电极的双阳极系统扩大放电体积，保证在高气压下稳定放电，增加注入功率，以达到成倍增加输出功率而又不增加激光器的体积。为达到上述目的采用的放电系统结构如图1、图2所示。其特征之一是由两块阳极板4组成的平直段形成放电通道1。气流由横向经过此通道如箭头方向流动。每块阳极板4都是由嵌在绝缘体内多个分列的阳极条3组成。带水冷的阴极管5置于放电通道的正中并靠近阳极条3的上游(按气体流动方向算)一端。每块阳极条3与阴极管5之间的空间都插入一根针状的辅助电极6。每块阳极条3通过分电阻Ri和总电阻R再经过电感L接到直流电源8的正端。直流电源8的负端和阴极管5都接地。以形成直流放电回路。直流辉光放电的区域如图1中虚线所示。上述阳极条3、阴极管和辅助电极通常采用导电好的铜材料所制。本专利技术特征之二是，每根辅助电极6通过分电容Ci接入脉冲电源7的低压端。其高压端经过电容C1分为两路，一路经过总电阻R和分电阻Ri与阳极条3连接，形成辅助电极6与阳极条3之间的脉冲放电回路。另一路再通过一个电容C2接地，形成辅助电极6与阴极管5之间的脉冲放电回路。这两个脉冲放电回路形成的脉冲放电区如图1中的点划线所示。在这脉冲辅助放电区里所产生的电子由气流吹向下游的直流放电区里。实验证明具有辅助电极分别和阳极板和阴极管两个脉冲放电回路结构比只有辅助电极与阳极之间的单个脉冲放电回路结构，注入功率要大。因此具有两个脉冲放电回路是本专利技术的特征之二。两块阳极板、一根阴极管和两排辅助电极相互之间的尺寸关系为，两阳极板4之间的距离，即放电通道尺寸宽为H＝70～100mm。阴极管中心到每块阳极板4的距离为 (H)/2 。阴极管5的直径为d＝Φ6～Φ10mm。辅助电极6到阳极条3之间的横向距离f≤ (H)/4 ，辅助电极6到阳极条3端头沿流向(气体流动方向)的距离a＝0～5mm。阴极管5边缘到阳极条3端头沿流向的距离b＝0～5mm。光腔的两块反射镜2置于放电通道的两端，并且反射镜中心线和通道中心线重合。本专利技术的优点是由于采用一根阴极对两边两个阳极放电，则在同样阴阳极间距条件下，放电通道增加一倍，因此扩大了气体流量，增加了放电体积，能在高气压、大放电电流下稳定的放电。大幅度增加了注入功率，也增加了稳定的连续激光输出。达到在不增大激光器体积的情况下获得成倍增加激光功率输出的目的。 附图说明如下图1是放电系统的剖面示意图。图2是图1中A-A向的视图。实施例将上述结构用于横流CO2激光器中，如图1，2所示，其中放电通道尺寸H＝70mm，阴极管直径d＝Φ8mm，辅助电极和阳极之间的距离F＝15mm。沿流向的两个尺寸a＝2mm，b＝2mm。每块阳极有阳极条75个，其放电长度150cm。采用以上所述结构的放电系统作为激光器的放电室，置于闭合循环气体流动系统中，做成的激光器已获得万瓦以上的激光输出。激光器的气流速度V＝50M/s，气体压力P＝10.6KPa，气体比分为CO2∶H2∶He＝1∶8.2∶9.8。脉冲电源频率5KHz，脉宽1μs，放电电压2500V，放电电流30A。激光器最大输出功率12600瓦，效率17%。连续平均输出功率10200瓦，平均效率14.3%。连续工作时间大于8小时。功率不稳定度±1.5%。权利要求1.一种横流气体激光器放电系统，其特征在于由两块绝缘体内嵌入分列的阳极条的阳极板构成平直段的放电通道，带有水冷的阴极管置于此气流为横向流动的放电通道中，阴极管与每块阳极板之间置有一排针状的辅助电极，辅助电极分别与阴极管和阳极板构成两个脉冲放电回路。2.依照权利要求1所述的一种横流气体激光器放电系统，其特征在于每根辅助电极通过分电容Ci接入脉冲电源的低压端，脉冲电源的高压端经过电容C1后，一路经过总电阻R和分电阻Ri与阳极条连接，形成辅助电极与阳极板之间的脉冲回路;另一路通过一电容C2接地，阴极管也接地，形成辅助电极与阴极管之间的脉冲放电回路。全文摘要本专利技术的横流气体激光器放电系统，其结构特征是由两块阳极板构成平直段的放电通道，带有水冷的阴极管置于此放电通道中，阴极与每块阳极板之间有一排辅助电极，辅助电极分别与阴极管和阳极板之间形成两个脉冲放电回路。采用本专利技术的放电系统具有气体流量大，注入功率高、能在高气压、大电流下稳定均匀地放电，在不增大激光器体积的情况下，可以获得成倍增加激光功率的输出。文档编号H01S3/0971GK1073053SQ91107550公开日1993年6月9日 申请日期1991年12月7日 优先权日1991年12月7日专利技术者查鸿逵, 陈平, 张寿祥, 唐士清, 陆鸿飞 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横流气体激光器放电系统，其特征在于由两块绝缘体内嵌入分列的阳极条的阳极板构成平直段的放电通道，带有水冷的阴极管置于此气流为横向流动的放电通道中，阴极管与每块阳极板之间置有一排针状的辅助电极，辅助电极分别与阴极管和阳极板构成两个脉冲放电回路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：查鸿逵，陈平，张寿祥，唐士清，陆鸿飞，
申请(专利权)人：中国科学院上海光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]