高重复频率横向激励大气压CO2激光器制造技术

本发明专利技术公开了一种高重复频率横向激励大气压CO2激光器，涉及激光技术，由密封腔体、光学谐振腔、紫外电晕预电离与主放电电极、涡轮增压风机以及散热冷却系统组成。其中涡轮增压风机包括交流电机、叶轮、增压室、和压缩喷嘴。使用时，涡轮增压风机内的电机驱动直联叶轮高速旋转，工作气体经过涡轮增压由喷嘴高速喷出，流经主电极，在紧凑空间内实现了工作气体的高清洗系数，进而获得高重复频率激光脉冲的稳定输出。脉冲重复频率大于2kHz，是目前国内脉冲重复频率最高的横向激励大气压CO2激光器，在激光目标指示和告警中有着良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光
，特别是一种高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，可实现高重复频率稳定运转。
技术介绍
1970年，Beaulieu等人首次报导了均勻激励的并且能在大气压下实现稳定自持辉光放电的脉冲横向激励大气压(X)2激光器。由于采用横向激励，在相同的增益长度和气体压力下，和纵向激励相比，可以使激光器的放电电压大幅度下降。一方面，降低了对电源及系统绝缘强度的要求；另一方面，采用较低的放电电压，可以有效降低放电的E/N值，提高放电激励的效率。TEA CO2激光器一般采用高压窄脉冲激励(放电脉冲的宽度一般为及微秒)，存在着“增益开关”效应，可以得到很高的脉冲峰值功率。输出脉冲能量为焦耳量级的TEA CO2激光器，其输出的脉冲峰值功率可达几十兆瓦，是连续波(X)2激光器不可比拟的。 高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，由于具有脉冲峰值功率与平均功率兼顾的特点，在工业和军事领域均具有极大的应用潜力。由于TEA CO2激光器由真空密封腔系统、谐振腔系统、气体高速循环系统、冷却系统等多部分组成，结构繁杂，激光头体积较大，限制了该类激光器系统的使用范围。同时受循环气体风速的影响，国内所报道的小型高重复频率TEA CO2激光器的频率大多在几十到几百赫兹左右(参考文献1 侯天晋，江东，郑从众等.小型高重复频率TEA CO2激光器的研究·激光技术，1996，20 (6) :346 348)，日本Katsumi Midorikawa等人曾报道过重复频率为IkHz的稳定运转的TEA CO2激光器，是目前公开报道的重复频率最高的横向激励大气压CO2激光器(参考文献2 :Katsumi Midorikawa, Hidekazu Hatanaka, S Minoru Obarat Hideo Tashirot A IkHz repetition rate 500W CO2TEA laser employing solid statepulse power conditioning Meas. Sci. Technoi. 1993，4 :388 391.)。综合国内夕卜研究现状，采用大功率风机及循环风道是提高气体高速循环系统风速，获得高重复频率横向激励大气压(X)2激光脉冲输出最直接有效的手段，这不可避免地会增加激光头的体积，影响到激光器的应用领域。传统横向激励大气压(X)2激光器采用横向风机，风速均勻性优良，但由于驱动轴较长，风速、压差都较低，因而传统激光器普遍采用体积庞大的风道导流方式将经过下游热交换器冷却后的工作气体导入处于上游风口位置的放电区，整个器件风速低而体积大。
技术实现思路
本专利技术的目的是公开一种高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，以实现紧凑型横向激励大气压(X)2激光器的高重复频率激光脉冲稳定输出，在高峰值功率的基础上，提高激光器的平均功率。该激光器装置，在一定程度上解决了传统高重复频率横向激励大气压 CO2激光器中体积大、重复频率低(几十到几百赫兹)的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术解决方案是—种高重复频率横向激励大气压CO2激光器，包括密封腔体、光学谐振腔、紫外电晕预电离与主电极、涡轮增压风机和散热冷却系统；其密封腔体包括密封罩、激光器基底， 密封罩下口缘与激光器基底上表面密封固接，其内构成密封腔体；光学谐振腔、紫外电晕预电离与主电极、涡轮增压风机和散热冷却系统设在密封腔体内构成激光头主体；涡轮增压风机的喷嘴正对主电极；密封罩侧壁设有接口，风机电源、主放电电极高压电气接口由密封接插件接入密封腔体内；使用时，涡轮增压风机内的电机驱动直联叶轮高速旋转，工作气体经过涡轮增压由喷嘴高速喷出，流经主电极；激光电源开启后，激光器储能电容迅速充至设定电压；控制电路触发闸流管导通瞬间，预电离电容感应出高压，首先在阴极与预电离之间放电产生紫外电晕；在紫外电晕预电离的作用下，主电极间电子迅速增加，当电子密度达到一定程度时，主电极间气体辉光放电，形成均勻激励场，激光脉冲在谐振腔内振荡输出，脉冲重复频率大于^iHz。所述的高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，其所述光学谐振腔，包括全反镜、 输出镜及与其相适应的高精度两维可调节镜座，全反镜、输出镜分别位于密封罩相对的前后端板上，两镜相互平行，光学谐振腔的主轴线垂直于两侧壁，谐振腔光轴中心位置与主电极轴向中心位置重合。所述的高重复频率横向激励大气压CO2激光器，其所述输出镜为部分反射镜，其材质为(X)2红外激光波段窗口材料硒化锌、锗和砷化镓其中之一，其反射率根据激光工作介质的增益不同为30%到90%，其面型根据谐振腔的类型为平面，或球面；全反镜为后腔镜，为无氧铜基底经过超精铣或超精车加工而成，表面镀金膜或介质膜加以保护，其面型根据谐振腔的类型为平面，或球面。所述的高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，其所述全反镜，在波长可调谐的 CO2激光器中，为一面闪耀光栅。所述的高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，其所述涡轮增压风机固定于密封腔体基底上表面，涡轮增压风机包括交流电机、叶轮、增压室和压缩喷嘴，涡轮增压风机的主轴线与光学谐振腔的主轴线相互正交；一电极支架立于风机喷嘴旁侧，主电极位于电极支架上端，压缩喷嘴中心高度与主电极水平中心位置高度相等；涡轮增压风机的底部有一直径为50mm-100mm的圆孔，圆孔与涡轮增压室相通连， 圆孔内嵌装有散热冷却系统的热交换器；使用时，涡轮增压风机内的电机驱动直联叶轮高速旋转，工作气体经过涡轮增压由喷嘴高速喷出，直接吹向位于喷嘴旁侧的主电极；在涡轮风机运转的过程中，风机底部圆孔内会形成一个负压区，经过主放电区的工作气体，经50mm-100mm的圆孔自动流回风机涡轮增压室，在进入下一个循环前被紫铜板管式热交换器内防冻冷却液迅速冷却，再吹向主电极形成循环，无需循环风道设计，因而体积小。所述的高重复频率横向激励大气压(X)2激光器，其所述主电极分阳极和阴极，为钢质电极，电极放电区为一平面，与侧面采用圆弧面平滑过渡，阴极与阳极电极的间距为8mm 到15mm可调。所述的高重复频率横向激励大气压CO2激光器，其所述主电极中的阳极与激光器金属外壳连接并接地，阴极通过高压电气密封接插件与储能高压电容相连。所述的高重复频率横向激励大气压CO2激光器，其所述紫外电晕预电离为轴向管状预电离，为石英材质，其管壁厚度为0. 8mm 1.2mm，内径为3mm 5mm，内壁镀有 0. 05mm 0. 15mm金属膜层，外壁紧贴主电极阴极；紫外电晕预电离的轴向与光学谐振腔的主轴线平行。综上所述，本专利技术的(X)2激光器采用小型涡轮增压风机作为横向激励(X)2激光器的气体循环动力装置，有效地减小了整个激光器的体积，提高了工作气体的循环速度，获得了高达2kHz重复频率激光脉冲的稳定输出。该激光器装置运行可靠、体积小，可多平台搭载， 有着广阔的应用前景。附图说明图1为本专利技术一种高重复频率横向激励大气压(X)2激光器结构示意图；其中图Ia为激光器除去密封罩的三维结构示意图；图Ib为激光器后视剖视图；图Ic为激光器顶部俯视图；图2为采用本专利技术装置实现紧凑型高重复频率横向激励大气压(X)2激光器装置脉冲放电电压及电流波形图；图3为本专利技术一种高重复频率横向激本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑义军，谭荣清，王东蕾，刘世明，张阔海，
申请(专利权)人：中国科学院电子学研究所，
类型：发明
国别省市：