多谱线SrCl₂红外脉冲激光系统的制作方法

专利名称：多谱线SrCl₂红外脉冲激光系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光器，尤其是涉及一种多谱线SrCl2红外脉冲激光系统。
背景技术：
锶蒸气是一种具有多组激光谱线的工作物质，在氦、氖等缓冲气体环境下， 通过高电压、大电流脉冲放电，有可能获得一系列的脉冲激光振荡。包括波长 6.45|am的锶原子自终止激光，波长1.03/1.09|im的锶离子自终止激光和多条波 长在3fim附近的M-M跃迁激光。由于6.45pm谱线恰好位于水分子的一个吸收 带中，因此曾设想将运转于该谱线的锶蒸气激光器用于大气湿度监测而弓I起关 注。制约锶蒸气激光器进一步发展的关键是锶激光放电管短暂的运转寿命。之 前所有锶蒸气激光器均采用金属锶作为激光原材料，存在着金属锶材料与激光 放电管不相容的困难。用卤化锶代替金属锶作为锶激光器原材料将有效克服这 个问题。实验上用溴化锶替代金属锶作为激光工作物质已经取得了成功，不仅 得到多组锶蒸气激光振荡，而且克服了金属锶材料与激光放电管不相容的困难。 而SrBr2作为激光工作物质消耗很快，在陶瓷放电管内也只能放置很少SrBr2材 料，多了要遮挡光路。故一次装料只能维持几十小时的运转，持续时间太短。

发明内容
为解决金属锶和SrBr2在实验上遇到的问题，，本发明的目的在于用SrCl2作 为激光工作物质，制备一种多谱线SrCl2红外脉冲激光系统。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
本发明包括激光放电管及谐振腔、脉冲放电电路、温控装置和气体流量控 制系统，其中
1) 激光放电管及谐振腔包括两个窗口，三个冷凝泡，全反镜，输出镜，保 温棉，刚玉内管，石英基管和两个放电电极；在石英基管内安装外包覆保温棉 的刚玉内管，在刚玉内管一端的石英基管向外依次设置第一放电电极、第一冷 凝泡和第一窗口，第一窗口面对全反镜；在刚玉内管另一端的石英基管向外依 次设置第二冷凝泡、第二放电电极、第三冷凝泡和第二窗口，第二窗口面对输 出镜；
2) 脉冲放电电路包括直流高压源，充电电感，高频高压硅堆，闸流管，两 个储能电容及旁路电感；直流高压源的一端分别与第一放电电极和闸流管接地端相连，第二储能电容与第一储能电容串接，第一储能电容的另一端与闸流管 接地端相连，第二储能电容的另一端接第二放电电极；直流高压源的另一端经 充电电感、高频高压硅堆接闸流管的阳极，旁路电感并接在两放电电极之间；
3) 温控装置包括保温铝套、绕在保温铝套上的电热丝和带热电偶的温控仪; 保温铝套与石英基管同轴放置，两者之间填充保温陶瓷纤维，热电偶放在电热 丝与保温铝套中间。
4) 气体流量控制系统包括高纯钢瓶缓冲气体，减压阀，进气针形阀，真空 表，过滤器、抽气针形阀和真空泵；高纯钢瓶缓冲气体经减压阀，进气针形阀 接在第一窗口和第一冷凝泡之间的石英基管上，进气针形阀上装有真空表；真 空泵经抽气针形阀，过滤器接在第二窗口和第三冷凝泡之间的石英基管上。
本发明具有的有益效果是
将SrCl2晶体分成若干份均匀放置在刚玉管内，刚玉管外部均匀包裹保温棉 套在石英基管中。刚玉管可以承受SrCl2蒸气稳定工作所需要的高温(约1100 ° C)，保温棉的加入一方面可以增加刚玉管内的工作温度，另一方面可以有效 阻断刚玉内管与石英基管间空隙的放电通道。石英管外保温铝套以及与温控仪 相连的电热丝的设计，有助于通过外加热控制SrCl2蒸气密度和工作温度。在石 英管电极附近的两端各做一个冷凝泡，有效的减少了管内挥发出来的杂质对窗 口的污染。放电管的两端通光窗口均采用MgF2晶片，该晶片在6.45pm波长处 仍有约90%的透过率，为所研究的多谱线获得激光振荡提供了必要的保证。谐 振腔的全反镜是镀金的宽谱平面镜，输出耦合镜同样是上述MgF2晶片。本发明 具有放电稳定、避免挡住光路和放电通道以及长期维持所需最佳金属密度等优 点，已在实验上成功获得了瓦级以上功率的多谱线(1.03-6.45)im) SrCl2红外脉 冲激光的长期稳定运转。


附图是本发明的结构原理示意图。
图中1、窗口， 2、冷凝泡，3、全反镜，4、保温铝套，5、保温棉，6、 温控仪，7、刚玉内管，8、石英基管，9、输出镜，10、过滤器，11、抽气针形 阀，12、真空泵，13、进气针形阀，14、减压阀，15、高纯钢瓶缓冲气体(氦 气)，16、真空表，17、放电电极，18、旁路电感，19、储能电容，20、储能电 容，21、闸流管，22、高频高压硅堆，23、充电电感，24、直流高压源。25、 电热丝。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如附图所示，本发明包括激光放电管及谐振腔、脉冲放电电路、温控装置 和气体流量控制系统，其中
1) 激光放电管及谐振腔包括两个窗口 1，三个冷凝泡2，全反镜3，输出
镜9，保温棉5，刚玉内管7，石英基管8和两个放电电极17;在石英基管8内 安装外包覆保温棉5的刚玉内管7，在刚玉内管7 —端的石英基管8向外依次设 置第一放电电极17、第一冷凝泡2和第一窗口 1，第一窗口 l面对全反镜3;在 刚玉内管7另一端的石英基管8向外依次设置第二冷凝泡2、第二放电电极17、 第三冷凝泡2和第二窗口 1，第二窗口 1面对输出镜9;激光工作物质SrCl2晶 体分成若干份均匀放置在刚玉管内。
2) 脉冲放电电路包括直流高压源24，充电电感23，高频高压硅堆22，闸 流管21，两个储能电容19、 20及旁路电感18;直流高压源24的一端分别与第 一放电电极17和闸流管21接地端相连，第二储能电容19与第一储能电容20 串接，第一储能电容20的另一端与闸流管21接地端相连，第二储能电容19的 另一端接第二放电电极17;直流高压源24的另一端经充电电感23、高频高压 硅堆22接闸流管21的阳极，旁路电感18并接在两放电电极17之间；
3) 温控装置包括保温铝套4、绕在保温铝套上的电热丝25和带热电偶的 温控仪6;保温铝套4与石英基管8同轴放置，两者之间填充保温陶瓷纤维，厚 度约2cm，热电偶放在电热丝5与保温铝套4中间。
4) 气体流量控制系统包括高纯钢瓶缓冲气体15，减压阀14,进气针形阀 13，真空表16，过滤器IO、抽气针形阀11和真空泵12;高纯钢瓶缓冲气体15 经减压阀14，进气针形阀13接在第一窗口 1和第一冷凝泡2之间的石英基管8 上，进气针形阀13上装有真空表16;真空泵12经抽气针形阀11，过滤器10 接在第二窗口 1和第三冷凝泡2之间的石英基管8上。
如附图所示，本发明通过调节进气和出气针形阀的流量，在气体缓慢流动 方式下使激光管内保持所需气压实现稳定放龟。由保温铝套、电热丝、带有热 电偶的温控仪组成的温控装置能相对独立调节放电管的温度。金属激光介质 SrCl2晶体分成若干堆均匀放置在刚玉内管中，通过放电和辅助外加热获得产生 激光所需的蒸气密度。谐振腔的全反镜3是镀金的宽谱平面镜，输出耦合镜9 是MgF2晶片，有利于多谱线红外激光的振荡输出。
本发明工作时，先打开抽气针形阀ll，抽真空后，加热绕在保温铝套外的电 热丝至温控仪6的设定温度，再打开进气针形阀13并调节抽气形针阀11，使激
5光管在气体缓慢流动方式下维持所需缓冲气压。直流高压电源24通过充电电感 23、高频高压硅堆22和旁路电感18对储能电容19和储能电容20进行谐振倍 压充电，当闸流管21快速触发导通后，储能电容20两端极性换向，使激光管 两电极间产生最高达4倍直流电源电压的高压来实现稳定的高重复率大电流脉 冲放电。放置在刚玉管内7的激光介质，通过放电加热和辅助外加热获得产生 激光所需的蒸气密度，在高重复率脉冲放电电场的电泳效应和缓冲气体缓慢流 动方式下，实现SrCl2蒸气密度在放电激活区内的均匀分布和高效稳定的激光输 出。
权利要求
1. 一种多谱线SrCl2红外脉冲激光系统，其特征在于包括激光放电管及谐振腔、脉冲放电电路、温控装置和气体流量控制系统，其中1)激光放电管及谐振腔包括两个窗口(1)，三个冷凝泡(2)，全反镜(3)，输出镜(9)，保温棉(5)，刚玉内管(7)，石英基管(8)和两个放电电极(17)；在石英基管(8)内安装外包覆保温棉(5)的刚玉内管(7)，在刚玉内管(7)一端的石英基管(8)向外依次设置第一放电电极(17)、第一冷凝泡(2)和第一窗口(1)，第一窗口(1)面对全反镜(3)；在刚玉内管(7)另一端的石英基管(8)向外依次设置第二冷凝泡(2)、第二放电电极(17)、第三冷凝泡(2)和第二窗口(1)，第二窗口(1)面对输出镜(9)；2)脉冲放电电路包括直流高压源(24)，充电电感(23)，高频高压硅堆(22)，闸流管(21)，两个储能电容(19、20)及旁路电感(18)；直流高压源(24)的一端分别与第一放电电极(17)和闸流管(21)接地端相连，第二储能电容(19)与第一储能电容(20)串接，第一储能电容(20)的另一端与闸流管(21)接地端相连，第二储能电容(19)的另一端接第二放电电极(17)；直流高压源(24)的另一端经充电电感(23)、高频高压硅堆(22)接闸流管(21)的阳极，旁路电感(18)并接在两放电电极(17)之间；3)温控装置包括保温铝套(4)、绕在保温铝套上的电热丝(25)和带热电偶的温控仪(6)；保温铝套(4)与石英基管(8)同轴放置，两者之间填充保温陶瓷纤维，热电偶放在电热丝(5)与保温铝套(4)中间。4)气体流量控制系统包括高纯钢瓶缓冲气体(15)，减压阀(14)，进气针形阀(13)，真空表(16)，过滤器(10)、抽气针形阀(11)和真空泵(12)；高纯钢瓶缓冲气体(15)经减压阀(14)，进气针形阀(13)接在第一窗口(1)和第一冷凝泡(2)之间的石英基管(8)上，进气针形阀(13)上装有真空表(16)；真空泵(12)经抽气针形阀(11)，过滤器(10)接在第二窗口(1)和第三冷凝泡(2)之间的石英基管(8)上。
全文摘要
本发明公开了一种多谱线SrCl₂红外脉冲激光系统。包括激光放电管及谐振腔、脉冲放电电路、温控仪和气体流量控制系统。将激光介质SrCl₂晶体分成若干堆均匀放置在刚玉内管中，通过高重复率脉冲放电和调节保温铝套外加热器的温度，可独立控制产生激光所需的最佳金属蒸气密度，采用缓冲气体氦气缓慢流动方式，实现金属蒸气密度在放电激活区的均匀分布和激光的高效稳定运转。放电管的两端通光窗口均采用MgF₂晶片，减少了对红外光谱的吸收。本发明具有放电稳定、避免挡住光路和放电通道以及长期维持所需金属密度，在多谱线SrCl₂红外脉冲激光实验中，获得了瓦级以上激光功率的多谱线(1.03-6.45μm)红外脉冲激光的长期稳定运转。
文档编号H01S3/227GK101483314SQ20091009586
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月16日 优先权日2009年2月16日
发明者张迅懿, 琦 朱, 潘佰良, 王亚娟, 立 陈 申请人:浙江大学