控制激光器系统的有效工作温度的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种控制激光器系统有效工作温度的方法和装置，所述激光器系统主要包括气体高压放电腔体，该放电腔体在气体高压放电工作过程中产生热量，所述方法包括如下步骤：在激光器系统的开机过程中，对激光器系统的放电腔体进行预加热，使所述放电腔体达到有效工作温度；在激光器系统的放电腔体达到有效工作温度后，停止加热，开启放电腔气体高压放电工作运转，而后针对所述放电腔体高压放电运转产热进行冷却散热，使该放电腔体维持在有效工作温度。本发明专利技术综合利用了加热和冷却两方面的措施，可以有效地减少激光器系统的预热时间，减少能源消耗，同时有效散热，控温精度高，保障激光器系统在有效工作温度条件下的有效运转。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器
，具体涉及ー种控制激光器系统的有效工作温度的方法和装置。
技术介绍
气体激光器以特征气体为工作介质，针对相关应用，通过有效的高压气体放电(或激光激励)激励气体产生粒子数反转，形成相应激光波长的激光辐射输出。针对某些特征气体的气体激光器，使其有效运转的有效工作温度(能量输出、能量稳定性、光束质量等激光指标參数的最优化输出温度条件)常高于室温，同时由于涉及到高压气体放电过程，激光腔体内部会伴随产生大量的热量积聚，过高的腔体温度将严重影响激光器运转效能，所以有效的温度控制和腔体散热措施是保障气体激光器良好运转的重要环节。 密闭腔体中具有特定成分配比的气体介质在高压放电激励的条件下，通过维持和保障放电电极之间的有效电子密度，形成针对特征增益气体介质的有效轰击泵浦，进而借助于粒子数的反转实现有效的特征波长激光辐射，最終在激光谐振腔的作用下形成放大的激光输出。针对于电激励气体激光器系统，电光转换效率较低，通常低于5%，所以在激光器系统运转过程中，激励电能的注入只有很少一部分被转化为激光输出，而其他大部分电能注入则主要被转化为热能存在于腔体内部，对于维持有效气体放电会产生负面的影响。借助于腔体内部的气体循环系统和冷却散热系统，热量被有效带出腔外，从而维持腔内电极放电环境的稳定，保障激光器系统工作的正常运转。传统的腔体散热机制主要通过传导、对流和辐射手段，借助于冷却介质(诸如水等)在相关外部冷却装置与腔体内部特征设计的散热器件中的循环流动，实现有效散热，维持激光器系统有效运转过程中的腔体温度恒定。尽管利用这ー方法可以有效地实现腔体散热，但是涉及某些有效温度运转的气体激光器，诸如ArF气体激光器，其有效温度在40°C 45°C左右，单纯依靠冷却散热的方法会导致工作温度控制精度较低；同时在激光器系统开机后，无论是否开启冷却散热系统，激光器达到有效工作温度的预热时间必须通过足够长的高压气体放电过程来保障，这在一定程度上对于气体介质、电能以及人为等待时间等都将造成较大的无为消耗。图I所示为用于气体激光器的传统的有效工作温度控制方法的示意图。如图I所不，在激光器系统I包括有ー个冷却散热系统，该冷却散热系统包括有散热器件3和冷却系统2，该散热器件3与冷却系统2通过管道4相互连通。在散热器件3、冷却系统2及管道4内充有传热介质，例如水等液体。散热器件3用于吸收激光器系统I产生的热量，冷却系统2用于冷却传热介质，并使传热介质在散热器件3与冷却系统2之间循环流动。在激光器系统I运转过程时，气体高压放电激励，注入电能中除极少部分转化为相应激光辐射外，大量的电能注入转化为腔体内的热能，产生大量的热量。此时，散热器件3吸收腔体所产生的热量，通过传热介质在散热器件3与冷却系统2之间的循环，将被加热的传热介质带出激光器系统，并将冷却后的传热介质输送加散热器件2。如图I所示，传统的冷却散热系统控制激光器的有效工作温度的方法是在管道4上安装一个流量控制器6，并在激光器系统I内部设置一个温度探测器5，温度探测器5与流量控制器6电性连接，流量控制器6根据所检测到的激光器系统I的温度来控制管道4内的传热介质的流量，以控制散热器件3的散热速率，从而控制激光器系统I的有效工作温度。由此可见，利用冷却系统2和散热器件2散热的方法能够通过流量控制、温度反馈的手段较好的实现腔体降温的效果，平衡腔体内的热量耗散。但是，对于放电腔体的有效工作温度的稳定和维持却不大容易实现，经常出现腔体有效温度稳定精度差、调整时间过长等不足，对于充分发挥激光器系统使用效能存在不足，在一定程度上影响了输出激光指标参数，这一现象在高重复频率运转脉冲气体激光器中显得 尤为突出。另外，由于室温条件下激光器腔体温度与激光器有效工作温度的差异，导致激光器开启后预热过程时间较长，必须依靠相对高重复频率气体放电过程来提升腔体温度。较长的等待时间又同时会带来激光气体的消耗和机械光学元件的磨损，激光器系统使用寿命相应降低。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术所要解决的技术问题是针对当前气体激光器技术中采用的单纯冷却控温，对于某些适宜于工作在有效温度的气体激光器系统而言，存在预热时间长、控温能力差的缺点，从而最终影响和降低系统的运转效能。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种控制激光器系统的有效工作温度的方法，所述激光器系统包括放电腔体，该放电腔体在工作过程中产生热量，所述方法包括如下步骤对激光器系统的放电腔体进行预加热，使所述放电腔体达到有效工作温度；在所述放电腔体达到有效工作温度后，所述放电腔体进行放电，同时，对所述放电腔体进行冷却散热，使该放电腔体维持在有效工作温度。根据本专利技术的一个具体实施方式，在对所述放电腔体进行预加热的后期，开始冷却散热，并使此时的冷却散热速率低于所述放电腔体在达到有效工作温度后的冷却散热速率。根据本专利技术的一个具体实施方式，在所述放电腔体温度达到有效工作温度后，逐步提高冷却散热的速率，以缓冲所述放电腔体在加热过程中产生的温升过冲。根据本专利技术的一个具体实施方式，在放电腔体达到有效工作温度时，不立即停止加热，并维持加热一段时间。根据本专利技术的一个具体实施方式，当放电腔体的温度达到在有效工作温度时，使冷却速率变小，同时使加热功率变小，以保证放电腔体维持在所述有效工作温度。根据本专利技术的一个具体实施方式，在放电腔体的整个放电过程中，保持加热，并通过调节加热功率，使放电腔体维持在所述有效工作温度。本专利技术还提出一种控制激光器系统的有效工作温度的装置，激光器系统包括放电腔体，该放电腔体在工作过程中产生热量，所述装置包括一个冷却散热系统，该装置还包括一个加热装置，其用于在激光器系统的开机过程中对所述放电腔体进行预加热。根据本专利技术的ー个具体实施方式，其特征在于，所述加热装置可以是ー个加热帯，并安装在所述放电腔体的底部。根据本专利技术的ー个具体实施方式，所述冷却散热系统包括有控制冷却散热速率的控制装置，在对所述放电腔体进行预加热后期，该控制装置控制所述冷却散热系统开始冷却散热，并使此时的冷却散热速率低于所述放电腔体在达到有效工作温度后的冷却散热速率。根据本专利技术的ー个具体实施方式，所述冷却散热系统包括散热器件和冷却系统，所述散热器件与冷却系统通过管道相互连通，在所述散热器件、冷却系统以及管道内充有所述传热介质，所述用于控制冷却散热速率的控制装置是安装在管道上的流量控制器，并且，所述冷却散热系统通过传热介质的循环流动进行冷却散热，所述用于控制冷却散热速率的控制装置用于控制所述传热介质的流动。(三)有益效果 本专利技术提出的有效工作温度控制方法，综合加热和冷却两方面的措施，可以有效地減少系统预热时间，減少能源消耗，同时有效散热，控温精度高，保障激光器系统在有效工作温度条件下的有效运转。附图说明图I为传统的对气体激光器进行冷却散热的温度控制方法的示意图；图2为本专利技术提出的气体激光器有效工作温度控制方法的示意图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并參照附图，对本专利技术作进ー步的详细说明。散热处理和温度控制是激光器系统有效运转的重要环节。良好的散热机制、器件设计和温度控制措施是激光器系统稳定工作的基础和保障。如前所述，气体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制激光器系统的有效工作温度的方法，所述激光器系统包括气体高压放电腔体，该气体高压放电腔体在放电工作过程中产生热量，其特征在于，所述方法包括如下步骤：对激光器系统的放电腔体进行预加热，使所述放电腔体达到有效工作温度；在所述放电腔体达到有效工作温度后，所述放电腔体进行放电，同时，对所述放电腔体进行冷却散热，使该放电腔体维持在有效工作温度。

【技术特征摘要】
1.ー种控制激光器系统的有效工作温度的方法，所述激光器系统包括气体高压放电腔体，该气体高压放电腔体在放电工作过程中产生热量，其特征在于，所述方法包括如下步骤 对激光器系统的放电腔体进行预加热，使所述放电腔体达到有效工作温度； 在所述放电腔体达到有效工作温度后，所述放电腔体进行放电，同时，对所述放电腔体进行冷却散热，使该放电腔体维持在有效工作温度。2.如权利要求I所述的控制激光器系统的有效工作温度的方法，其特征在于，在对所述放电腔体进行预加热的后期，开始冷却散热，并使此时的冷却散热速率低于所述放电腔体在达到有效工作温度后的冷却散热速率。3.如权利要求2所述的控制激光器系统的有效工作温度的方法，其特征在于，在所述放电腔体温度达到有效工作温度后，逐步提高冷却散热的速率，以缓冲所述放电腔体在加热过程中产生的温升过冲。4.如权利要求I所述的控制激光器系统的有效工作温度的方法，其特征在于，在放电腔体达到有效工作温度吋，不立即停止加热，并维持加热一段时间。5.如权利要求4所述的控制激光器系统的有效工作温度的方法，其特征在干，当放电腔体的温度达到在有效工作温度吋，使冷却速率变小，同时使加热功率变小，以保证放电腔体維持在所述有效工作温度。6.如权利要求4所述的控制激光器系统的有效工作温度的方法,其特征在于,在放电腔体的整个放电过程中，保持加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵江山，李慧，沙鹏飞，宋兴亮，鲍洋，彭卓君，周翊，王宇，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：