一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器制造技術

本發明專利技術提供一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，該激光器包括設置在金屬真空腔內的金屬板條波導氣體放電結構和光學諧振腔，板條波導氣體放電結構包括平行設置的上電極和下電極，下電極固定設置在金屬真空腔底面的襯托上；其改進之處在于，上電極和下電極為結構相同的截面分別為倒“山”和“山”字形的三個凸臺高度相同的電極，其中間的為波導放電凸臺，兩側的為基座，其間的凹陷部分為裙邊；上電極和下電極對稱設置，其基座之間豎直設置支撐件。和現有技術比，本發明專利技術提供的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，構造簡約緊湊，提高了放電的均勻性、穩定性及輸出激光功率的平穩度，零部件加工裝配更容易，制造成本更低廉，便于批量生產。

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.

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種板條波導氣體激光器，具體講涉及一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器。
技術介紹
自上世紀60年代激光器問世以來，CO2激光器一直扮演著重要角色，特別是用于氣體放電的波導結合射頻橫向激勵擴散冷卻方式，催生了新一代大功率連續輸出、高光束質量、高性價比的氣體激光器---射頻激勵擴散冷卻金屬板條波導CO2激光器。半個世紀以來，板條波導氣體激光器件制造技術經歷了全陶瓷、金屬陶瓷夾心、全金屬結構的演變過程，并由面增比、體增比、二維發展至一維，本專利技術人研究、觀察、分析現有技術的基礎上發現，這一現有技術仍存在如下缺陷：一是一維波導的支撐結構復雜，零部件加工、裝配不便，支撐材料價格較昂貴且用量大，不經濟；二是支撐方式不合理，若用懸吊(掛)支撐方式，很難保證大面積放電面之間的平行度，造成波導間距懸吊(掛)不均勻；若采用尺寸較大的絕緣材料作支撐側壁墊支，這雖可簡化裝調，但由于支撐面積較大，無論電極板支撐部分的平面度還是墊支側壁上下二支撐面之間的平行度都難以保證，這既使得墊支的波導間距不均勻，也影響放電的均勻性、穩定性和激光器件工作的可靠性。再者對板條波導放電結構的“動態特性”的認知有待深入，從設計上講，關注機械結構、靜態電參數多，而對其與氣體電離的阻抗動態變化特性的關聯度考慮不足。因此尚無一種利用結構的靜態集中電參數，來平緩氣體放電或電離度變化產生阻抗動態變化的劇烈程度，減弱阻抗大幅波動對射頻電源的不利影響，提高放電穩定性的技術方案。此外，現有的板條波導放電結構，波導約束空間與真空腔體的完全自由空間之間要么直接相鄰，要么經側壁隔離，要么經一段“寬”波導直接過渡，這種結構缺乏更加有效的減輕氣體放電等離子體熱輻射，以致使真空腔體內儲存的工作氣體大幅升溫，二端波導口的熱輻射使諧振腔鏡產生熱型變等不利影響。顯然，需要提供一種改進的一維板條波導氣體激光器來克服現有技術的不足，滿足技術發展的需要。
技術實現思路
為了解決上述問題，本專利技術提供了一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，構造簡約、緊湊，可提高放電的均勻性、穩定性及輸出激光功率的平穩度，使零部件加工、裝配更容易，制造成本更低廉，便于批量生產。本專利技術的目的是采用下述技術方案實現的：本專利技術提供的一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，所述激光器包括設置在金屬真空腔內的金屬板條波導氣體放電結構和光學諧振腔，所述板條波導氣體放電結構包括平行設置的上電極和下電極，所述下電極固定設置在金屬真空腔底面的襯托上；其改進之處在于：所述上電極和下電極為結構相同的截面分別為倒“山”和“山”字形的三個凸臺高度相同的電極，其中間的為波導放電凸臺，兩側的為基座，其間的凹陷部分為裙邊；所述上電極和下電極對稱設置，其基座之間豎直設置支撐件。其中，所述基座由間隔豎直設置的中空圓柱體構成。其中，所述支撐件為與所述基座匹配的中空圓柱體絕緣件。其中，所述裙邊為單層或疊層結構。其中，所述基座與絕緣件的內、外徑分別為3～90mm和5～100mm；所述絕緣件的高度為0.1～6mm。其中，所述波導放電凸臺內設有與金屬真空腔外部連接的真空隔離循環冷卻水道。其中，所述上電極設有與金屬真空腔外部的射頻電源連接的真空隔離射頻饋入部件，所述下電極接地。其中，所述波導放電凸臺的頂面為波導放電面，所述波導放電面與基座的頂面位于同一水平平面。其中，所述波導放電凸臺高度為2～20mm；所述波導放電面寬度為1～600mm。其中，所述上電極和下電極的基座之間設置的絕緣件的高度確定波導放電間距為0.1～6mm。其中，所述上電極和下電極的基座之間設置的絕緣件構成支撐電容，并與所述上電極和下電極的波導放電面之間構成的波導電容并聯形成靜態電容C0。其中，所述板條波導氣體放電結構沿電極兩側采用非對稱阻抗匹配方式設置，其中一側為放電結構的輸入端，不設置匹配電感，另一側為放電結構的傳輸終端，設置匹配電感；所述傳輸終端的阻抗相對輸入端呈低阻；射頻激勵能量從輸入端饋入，以傳輸線方式橫向通過波導，到達傳輸終端，電離波導放電區域內的氣體，實現二維功率匹配型的射頻放電。其中，所述輸入端每一基座的兩側對稱設置一對匹配電感，每對之間等距；所述上電極和下電極兩端最外側分別設置一個匹配電感，形成靜態電感L0，與所述靜態電容C0共同作用，使放電結構產生一個固有振蕩頻率f0，其頻率量級與激勵射頻相同，便于采用或者主振放大，或者自激振蕩激勵方式實現射頻功率饋入。其中，所述光學諧振腔包括分別設置在襯托上并位于板條波導氣體放電結構兩端波導口的前輸出鏡和后反射鏡，所述金屬真空腔的側壁設有輸出激光束的真空封隔窗口。與最接近的現有技術比，本專利技術提供的技術方案具有以下優異效果：1、本專利技術提供的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，無論零部件加工還是裝配都得到了極大簡化，易于加工，結構緊湊、簡約，無需復雜的安裝調試，大幅度節省了制造成本，便于批量生產。2、可以確保證波導放電面的最佳平行度和波導間距的精確度，提高了放電均勻性及穩定性，極大地提高了激光器件的可靠性。3、本專利技術提供的技術方案中的波導的“一維”構造簡約，“支撐點”式的懸臂式支撐徹底消除了氣體放電區域即光諧振放大區域二側邊界一定范圍內的障礙，徹底克服了二維波導模效應對輸出激光強度空間分布調制的不利影響，提高了輸出光束的質量；并且相對“條狀”側壁支撐的一維波導，相鄰支撐基座之間留有較大間隙，有利于工作氣體擴散交換。4、本專利技術提供的技術方案中的波導放電空間不再直接突變到完全自由空間，而是經過一個由懸臂支撐形成的裙邊區域過渡，除形成波導的一維性外，還可大幅減低等離子體熱輻射升高完全自由空間區域儲備工作氣體溫度的不利影響；波導兩側裙邊過度區設置的支撐基座，進一步阻擋了熱輻射，此效果比懸吊(掛)支撐的全開放裙邊過渡區效果更佳。5、此外，本專利技術提供的技術方案中的電極板兩端的短裙邊還能夠有效降低等離子體熱輻射對置于波導口處諧振腔鏡的影響，有效減輕了金屬鏡片的熱形變，提高了輸出光束的質量。6、本專利技術提供的技術方案中的支撐結構形成的“支撐”電容與放電波導形成的“波導”電容并聯，能改善放電阻抗特性，減輕對電源的不利影響，使激光器件工作更可靠。附圖說明圖1是：本專利技術提供的板條波導氣體放電構件的結構示意圖；圖2是：本專利技術提供的設置匹配電感后的板條波導氣體放電構件的正視圖；圖3是：本專利技術提供的設置匹配電感后的板條波導氣體放電構件的側視圖；圖4是：本專利技術提供的上電極本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，所述激光器包括設置在金屬真空腔內的金屬板條波導氣體放電結構和光學諧振腔，所述板條波導氣體放電結構包括平行設置的上電極和下電極，所述下電極固定設置在金屬真空腔底面的襯托上；其特征在于：所述上電極和下電極為結構相同的截面分別為倒“山”和“山”字形的三個凸臺高度相同的電極，其中間的為波導放電凸臺，兩側的為基座，其間的凹陷部分為裙邊；所述上電極和下電極對稱設置，其基座之間豎直設置支撐件。

【技術特征摘要】
1.一種懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，所述激光器包括設置在金屬真空腔內的金
屬板條波導氣體放電結構和光學諧振腔，所述板條波導氣體放電結構包括平行設置的上電極
和下電極，所述下電極固定設置在金屬真空腔底面的襯托上；
其特征在于：所述上電極和下電極為結構相同的截面分別為倒“山”和“山”字形的三
個凸臺高度相同的電極，其中間的為波導放電凸臺，兩側的為基座，其間的凹陷部分為裙邊；
所述上電極和下電極對稱設置，其基座之間豎直設置支撐件。
2.如權利要求1所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述基座由
間隔豎直設置的中空圓柱體構成。
3.如權利要求2所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述支撐件
為與所述基座匹配的中空圓柱體絕緣件。
4.如權利要求1所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述裙邊為
單層或疊層結構。
5.如權利要求3所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述基座與
絕緣件的內、外徑分別為3～90mm和5～100mm；所述絕緣件的高度為0.1～6mm。
6.如權利要求1所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述波導放
電凸臺內設有與金屬真空腔外部連接的真空隔離循環冷卻水道。
7.如權利要求1所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述上電極
設有與金屬真空腔外部的射頻電源連接的真空隔離射頻饋入部件，所述下電極接地。
8.如權利要求5所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光器，其特征在于，所述波導放
電凸臺的頂面為波導放電面，所述波導放電面與基座的頂面位于同一水平平面。
9.如權利要求8所述的懸臂支撐式一維板條波導氣體激光...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張志遠，鄔江興，王偉平，張寧，鄔東建，王蓓，
申請(專利權)人：北京礴德恒激光科技有限公司，
類型：發明
國別省市：北京;11